PAGEPAGE1計算機學院數字系統課程設計PAGE8計算機學院數字系統課程設計I目錄第一章系統概述 31.1設計題目 31.2系統設計目的和內容 31.2.1設計目的 31.2.2設計要求 31.2.3設計內容和步驟 31.3設計數字鐘的可行性分析 3第二章設計總體方案 42.1總體方案框圖 42.2設計原理 42.3元器件的選擇及功能分析 52.3.1選擇器件 52.3.2555定時器的應用 52.3.374290的應用 72.3.4與門 8第三章功能模塊 93.1單元電路的設計 93.1.1秒脈沖發生器 93.1.2時間技術單元 103.2總體設計電路圖 12第四章EWB24小時計時數字鐘仿真結果 134.1使用EWB作為24小時計時數字鐘設計平臺 134.1.1EWB概述及其仿真軟件的特點 134.1.2EWB介紹 144.2EWB24小時計時數字鐘基本功能仿真結果 144.3EWB電子鐘整體仿真結果 15結束語 16參考文獻 17第一章系統概述1.1設計題目課程設計題目：數字鐘1.2系統設計目的和內容1.2.1設計目的通過本次課程設計，學生學會通過進行查閱資料、方案設計、單元和系統電路設計、繪圖等工作，獨立完成本次數字電路系統的設計，提高學生獨立分析問題、獨立解決問題、獨立動手設計的能力；提高學生在數字電路應用方面的實踐技能，培養創造性思維及綜合運用理論知識解決實際問題的能力。1.2.2設計要求1.用中小規模集成電路設計并制作一臺能顯示時、分、秒數字鐘2.由振蕩器產生時鐘信號。3.小時計數器用24進制計數器。4.可以手動校正時間，能分別進行時、分的校正。5.采用LED顯示時、分、秒。1.2.3設計內容和步驟1.根據選題要求，進行方案比較，畫出系統框圖，進行初步設計。2.設計單元電路，計算參數，選擇元器件。3.畫出系統電路原理圖初稿。4.利用EWB軟件組裝調試所設計的系統電路，修改設計中的疏漏。5.撰寫課程設計說明書。6.繪制正式的系統電路原理圖。1.3設計數字鐘的可行性分析選用EWB軟件，以計算機作為載體。通過使用EWB軟件，設計實現一個24小時計時的數字鐘，并實現它的校時功能，通過電路分析，本次試驗可用六塊74290芯片分別實現時24進制和分秒60進制，脈沖信號由振蕩器產生，方案設計是可行的第二章設計總體方案2.1總體方案框圖圖2.1總體方案框圖2.2設計原理由555定時器構成的振蕩器產生穩定的1Hz的脈沖信號，作為標準秒脈沖。秒計數器計60后向分計數器進位，分計數器計滿60后向小時進位，小時計數器設置成24進制計數器，滿24后清零，重新開始計時。計數器的輸出直接送到LED顯示器。計時出現誤差時可以用校時電路進行校時，校分，校時電路是由一開關接到一個高電位上，當全按一下開關就傳來一個高位脈沖，計數器加一。2.3元器件的選擇及功能分析2.3.1選擇器件本次課程設計所用器件如表2-1：名稱數目脈沖信號發生器1十進制加法計數器6與門2單刀雙擲開關3表2-1本試驗所有器材如2.3.2555定時器的應用國產雙極型定時器CB555電路結構圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。VH是比較器C1的輸入端，v12是比較器C2的輸入端。C1和C2的參考電壓VR1和VR2由VCC經三個五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定電壓，則VR1=VCO,VR2=1/2VCO.RD是置零輸入端。只要在RD端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。下圖為EWB軟件555定時器邏輯符號圖：圖2.2555定時器邏輯符號555定時器是一種中規模集成電路，只要在外部配上適當阻容元件，就可以方便地構成脈沖產生和整形電路。圖2.3555定時器內部結構圖1.555集成定時器由五個部分組成。基本RS觸發器：由兩個“與非”門組成比較器：C1、C2是兩個電壓比較器分壓器：阻值均為5千歐的電阻串聯起來構成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。晶體管開關和輸出緩沖器：晶體管VT構成開關，其狀態受端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時器的帶負載能力和隔離負載對定時器的影響。2.基本功能：當時，，輸出電壓為低電平，VT飽和導通。當時，時，時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，，Q＝0，，飽和導通。當、、時，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發器保持原來狀態不變，因此、VT也保持原來狀態不變。當、、時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，，Q＝1，VT截止。表2—2555定時器邏輯功能表555定時器功能表輸入輸出閾值輸入(vI1)觸發輸入(vI2)復位()輸出()放電管T××00導通11截止×10導通1不變不變2.3.374290芯片的功能及應用74290由兩個計數器組成，一個是FF0構成的一位二進制計數器，另一個是FF1,FF2,FF3構成的五進制計數器。它們獨立使用時，分別是二進制計數器和五進制計數器。當計數脈沖CP沖CP1端輸入，Q0接到CP2端，Q3,Q2,Q1,Q0為計數器輸出時，構成8421編碼的十進制加法計數器。而計數脈沖CP從CP2端輸入，Q3接到CP1端，Q3,Q2,Q1,Q0為計數器輸出時，則構成5421編碼的十進制加法計數器。74290功能如表2—3所示。表2—374290功能表由其功能表看出，當R0(1)和R0(2)為兩個置0輸入端，R0(1)和R0(2)全為1時，將計數器置成0000，S9(1)和S9(2)為置9輸入端，S9(1)和S9(2)全為1時，將計數器置成1001。8圖2.474290的邏輯符號圖2.574290輸出真表92.3.4與門真值表如下表2—5所示：ABF01011O111圖2.9邏輯符號邏輯功能描述如下：其中A、B為輸入端，Y為輸出端。當輸入端A=0，B=0時，輸出端Y為低電平，即Y=0；當輸入端A=0，B=1時，輸出端Y為高電平，即Y=1；當輸入端A=1，B=0時，輸出端Y為高電平，即Y=1；當輸入端A=1，B=1時，輸出端Y為高電平，即Y=1；即兩個輸入端A、B的輸入電平只要有一個是低電平0，輸出端Y就為低電平0；只要A、B兩個輸入端的電平有一個為1時，輸出端Y便為高電平1。第三章功能模塊3.1單元電路的設計3.1.1秒脈沖發生器本實驗采用555定時器組成多諧振蕩器，產生1.0HZ的脈沖。振蕩器是構成數字式時鐘的核心,它的穩定度及頻率的準確度決定了數字鐘計時的準確程度。計算頻率公式為F=（1.43/（R1+R2）*C）如圖3.1所示，輸出波形如圖3.2所示。圖3.1由555定時器構成的1.0HZ振蕩器脈沖發生器圖3.2由振蕩器產生的方針波形3.1.2時間技術單元 時間計數單元有時、分和秒計數3個部分.時計數單元為24進制計數器;分計數和秒計數單元為60進制計數器。我采用10進制計數器74290來實現時間計數單元的計數功能.每一計數器均提供一個異步清零端(高電平有效).圖3.3為秒計數器，CLKA’為信號輸入端，由振蕩器提供1Hz的秒脈沖。當計數達到60后向分計數器進位。當秒十位上達到6（即0110）時，R0(1)和R0(2)接到QB、QC上，十位數清零個位數到10后也自動清零。在QB、QC接一個與門然后接到分計數器上可向分計數器進一位。分計數器與秒計數器原理相同。，圖3.360進制分、秒計數器圖3.4為24進制時計數器，個位和十位均為十進制計數器，當走24（即十位為0010，個位為0100）時，將對計數器進行清零。將個位和十位另個計數器的R0(1)和R0(2)都分別接到十位計數器的QB和個位計數器的QC即可。如圖3.4所示。圖3.424進制時計數器仿真結果圖3.5仿真結果為當“秒”計數器到60時的進位圖3.6為分到時的進位3.2總體設計電路圖給出總體電路原理圖，說明電路整體工作情況以及模塊間的連接關系經過對以上各個步驟的總結可以的到最終的結果，通過軟件對最后的結果進行仿真，驗證本次試驗設計的正確性。總電路圖如下：圖3.724小時計時數字鐘的總體設計電路圖第四章EWB24小時計時數字鐘仿真結果4.1使用EWB作為24小時計時數字鐘設計平臺4.1.1EWB概述及其仿真軟件的特點ElectronicWorkbench（EWB）軟件是專門用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺”軟件，它是目前全球最直觀、最高效的EDA軟件。它的功能強大，能夠提供電阻、電容、三極管、集成電路等數十大類幾千種元件，能夠提供示波器、萬用表等十幾種常用的電子儀器；具有強大的電路圖繪制功能，可繪制出符合標準的電子圖紙；它還具有強大的波形顯示功能，并且結果可輕松放入各類文檔。用該軟件進行設計、分析非常方便。本文在EWB基礎上設計電子時鐘，是由數字集成電路構成、用數碼管顯示的一種現代計時器，與傳統機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此廣泛使用。EWB是加拿大InteractiveImageTechnologies公司于20世紀90年代推出的專門用于電子線路仿真實驗與設計的“虛擬電子工作平臺”。EWB是一種在電子技術工程與電子技術教學中廣泛應用的優秀計算機仿真軟件，被譽為“計算機里的電子實驗室”。EWB仿真軟件的特點1.界面直觀。繪制的電路圖需要的元器件、測試儀都以圖標方式出現，而且儀器的操作開關、按鈕同實際操作非常相似，EWB提供交互式的電路模擬，方便使用的人機圖形界面。2．EWB具有完整的混合模擬與數字信號模擬的功能，可任意地在系統中集成數字及模擬元件。EWB會自動地進行信號轉換。EWB具備即時波形顯示功能。3．EWB具有下拉式的電路編輯功能表，可使電路元件的輸入更為簡易快速。4．EWB具有虛擬的儀表設備，包含萬用電表、示波器及邏輯分析儀等，可具體地模擬實際的測量情況。5．提供了各種分析手段。有靜態分析、動態分析、時域分析、頻域分析、噪聲分析、失真分析、離散傅立葉分析、溫度分析等各種分析方法。4.1.2EWB介紹本文使用的EWB版本是5.12，界面如圖4.1所示：圖4.1EWB5.12版本界面使用EWB可以實現大部分模擬電子線路與數字電子線路實驗的功能，易學、易用、真實、準確、快捷、方便、在以往進行電子線路設計時，最初的設計電路往往是不可能一次達到設計要求，而需要經過反復多次仿真、測試，才能符合設計要求。這樣既費時費力，又增加了產品的成本。此外，因受工作場所、儀器設備等因素的限制，許多實驗難以進行。利用EWB仿真軟件就可以在虛擬器件庫中隨意選擇并改變器件的參數，在虛擬的儀器庫中隨意選擇需要的儀器設備，在虛擬的試驗平臺上進行實驗，以使設計電路最終達到最佳設計要求。4.2EWB24小時計時數字鐘基本功能仿真結果首先，由方波電源輸出穩定的脈沖信號，輸出標準的秒脈沖信號，秒計數電路為六十進制計數器，秒計數電路將振蕩器產生的秒脈沖信號作為輸入信號，進行計數，并通過秒顯示器顯示秒；其次，當秒計數器完成60個秒計數后，秒計時電路清零，輸出一個“分計時信號”，分計時電路收到秒計時電路產生的信號后，開始計數并顯示分；再次，當分計時電路完成60個分計數后，分計數器清零，輸出一個“時計時信號”，時計時電路收到分計時電路產生的信號后，開始計數并顯示時；最后，時計時電路完成24個時計數后，清零。完成電子鐘基本功能仿真結果。4.3EWB電子鐘整體仿真結果使用EWB將各模塊連接成完整的電路,實現了數字電子鐘的基本功能和擴展功能，完成EWB仿真數字電子鐘。使用EWB仿真的數字電子鐘電路圖，如圖4.2所示:圖4.2個人心得體會我覺得這次的課程設計不僅可以很好地鍛煉學生的綜合設計開發能力和動手能力，而且可以激發學生的學習興趣，還可以大大節約數字電路課程設計實驗的成本，提高設計效率。EWB軟件，可