數(shù)字時鐘的multisim設計與仿真課程設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  數(shù)字時鐘的Multisim設計和仿真</p><p><b>  一、設計和仿真要求</b></p><p>  學習綜合數(shù)字電子電路的設計、實現(xiàn)和調試</p><p>  1. 設計一個24或12小時制的數(shù)字時鐘。</p><p>  2. 要求:計時、顯示精確到秒;有校時功能。采用中小規(guī)模集成電

2、路設計。</p><p>  3. 發(fā)揮:增加鬧鐘功能。</p><p>  二、總體設計和電路框圖</p><p><b>  1. 設計思路</b></p><p>  1).由秒時鐘信號發(fā)生器、計時電路和校時電路構成電路。</p><p>  2).秒時鐘信號發(fā)生器可由555定時器構成。&l

3、t;/p><p>  3).計時電路中采用兩個60進制計數(shù)器分別完成秒計時和分計時;24進制計數(shù)器完成時計時;采用譯碼器將計數(shù)器的輸出譯碼后送七段數(shù)碼管顯示。</p><p>  4).校時電路采用開關控制時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。</p><p><b>  2. 電路框圖</b></p><p>&

4、lt;b>  三、子模塊具體設計</b></p><p>  1. 由555定時器構成的1Hz秒時鐘信號發(fā)生器。</p><p>  由下面的電路圖產(chǎn)生1Hz的脈沖信號作為總電路的初輸入時鐘脈沖。</p><p>  2. 分、秒計時電路及顯示部分</p><p>  在數(shù)字鐘的控制電路中,分和秒的控制都是一樣的,都是由一個

5、十進制計數(shù)器和一個六進制計數(shù)器串聯(lián)而成的,在電路的設計中我采用的是統(tǒng)一的器件74LS160D的反饋置數(shù)法來實現(xiàn)十進制功能和六進制功能,根據(jù)74LS160D的結構把輸出端的0110(十進制為6)用一個與非門74LS00引到CLR端便可置0,這樣就實現(xiàn)了六進制計數(shù)。</p><p>  由兩片十進制同步加法計數(shù)器74LS160級聯(lián)產(chǎn)生,采用的是異步清零法。</p><p>  顯示部分用的是七

6、段數(shù)碼管和兩片譯碼器74LS48D。</p><p>  3. 時計時電路及顯示部分</p><p>  由兩片十進制同步加法計數(shù)器74LS160級聯(lián)產(chǎn)生,采用的是同步置數(shù)法,u1輸出端為0011(十進制為3)與u2輸出端0010(十進制為2)經(jīng)過與非門接兩片的置數(shù)端。</p><p>  顯示部分用的是七段數(shù)碼管和兩片譯碼器74LS48D。</p>

7、<p><b>  4. 校時電路</b></p><p>  校時電路采用開關控制時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。</p><p>  如圖,當開關A,B閉合,C,D斷開時,電路進行正常的計時工作;當開關A,B斷開,C,D閉合時,就可以自動進行校時。當然也可以手動校準時間,這是需要不斷地閉合、斷開開關,每次只改變一個數(shù)。其中C是校時開關,D

8、是較分開關,開關E用來控制秒得校準,斷開時,秒顯示為0。</p><p><b>  四、整體電路原理圖</b></p><p>  整體電路共分為五大模塊:脈沖產(chǎn)生部分、計數(shù)部分、譯碼部分、顯示部分、校時部分。主要由震蕩器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器、BCD-七段顯示譯碼/驅動器、LED七段顯示數(shù)碼管、時間校準電路構成。</p><p> 

9、 數(shù)字鐘數(shù)字顯示部分,采用譯碼與二極管串聯(lián)電路,將譯碼器、七段數(shù)碼管連接起來,組成十進制數(shù)碼顯示電路,即時鐘顯示。要完成顯示需要6個數(shù)碼管,八段的數(shù)碼管需要譯碼器械才能顯示,然后要實現(xiàn)時、分、秒的計時需要60進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器,在在仿真軟件中發(fā)生信號可以用函數(shù)發(fā)生器仿真,頻率可以隨意調整。60進制可能由10進制和6進制的計數(shù)器串聯(lián)而成,頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來提供,也可以由555定時來產(chǎn)生脈沖并分頻為1Hz。計數(shù)器的輸出

10、分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計時出現(xiàn)誤差時,可以用校時電路校時、校分。</p><p><b>  五、仿真結果</b></p><p>  1. 1hz脈沖產(chǎn)生電路仿真</p><p>  振蕩器可由晶振組成,也可以由555與RC組成的多諧振蕩器。由555定時器得到1Hz的脈沖,功能主要是產(chǎn)生標準秒脈沖信號和提供功能擴展電路所需要的信號。仿真

11、分析開始前可雙擊儀器圖標打開儀器面板。準備觀察被測試波形。按下程序窗口右上角的啟動/停止開關狀態(tài)為1,仿真分析開始。若再次按下,啟動/停止升關狀態(tài)為0,仿真分析停止。電路啟動后,需要調整示波器的時基和通道控制,使波形顯示正常。</p><p>  為了便于觀察特把頻率加大。由圖可見,所設計的電路可以產(chǎn)生方波。</p><p><b>  脈沖輸出電壓觀察</b><

12、;/p><p>  在儀表欄里選用萬用表接到555定時電路的輸出端,設置萬用表輸出為直流電壓。點擊運行按鈕,由仿真結果可知脈沖輸出電壓較穩(wěn)定,開始小幅度變化,最后穩(wěn)定在3.33v。與最初設計基本相符。</p><p>  3. 60進制計數(shù)器計數(shù)仿真結果</p><p>  如圖連接好電路,點擊運行按鈕,經(jīng)過觀察電路仿真結果所設計的電路是正確的,可以正常工作。計數(shù)顯示

13、從0到59。當計數(shù)器數(shù)到59后有一個短暫的60顯示,這是異步清零的原因。實際工作后不會出現(xiàn)計數(shù)不準的現(xiàn)象。</p><p>  4. 24進制計數(shù)器計數(shù)仿真結果</p><p>  給電路加脈沖信號源,頻率可以加大。如圖,頻率為1kHz,經(jīng)過觀察電路的仿真結果可以看到顯示數(shù)字是從0到23與設計相符。特別注意74LS160的連接。</p><p>  5. 總體電路

14、仿真結果 </p><p>  1). 秒計數(shù)向分計數(shù)進位仿真。如圖連接好電路,點擊運行后,可以看到秒計數(shù)計到59后可以向分計數(shù)器進位,電路運行正常。</p><p>  2). 分計數(shù)向時計數(shù)進位仿真。給分計數(shù)器的個位計數(shù)片上加1kHz的時鐘信號源,經(jīng)過運行仿真后,可以看出分位計數(shù)到59時可以向時位進位。電路運行正常。</p><p>  6. 開關校時電路仿真

15、結果</p><p>  校時電路由開關、或非門和反相器構成,當A、B、E閉合,C、D斷開時,電路正常計時;當A、B隨意,C、D閉合時,時,分自動校時;當手動校時時,每開關一次示數(shù)增加1。 E開關用來較秒的,閉合時正常工作,斷開時秒顯示器為零,整個電路不工作??梢云鸬捷^秒的作用。經(jīng)過仿真實驗開關設置合理,可以起到預定的效果,能夠有效地校準時、分、秒。</p><p><b>  

16、六、結論</b></p><p>  由震蕩器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器、BCD-七段顯示譯碼/驅動器、LED七段顯示數(shù)碼管設計了數(shù)字時鐘電路,經(jīng)過仿真得出較理想的結果,說明電路圖及思路是正確的,可以實現(xiàn)所要求的基本功能:計時、顯示精確到秒、時分秒校時。</p><p>  七、利用Multisim仿真軟件設計體會</p><p>  通過對軟件Mu

17、ltisim的學習和使用,進一步加深了對數(shù)字電路的認識。在仿真過程中遇到許多困難,但通過自己的努力和同學的幫助都一一克服了。首先,連接電路圖過程中,數(shù)碼管不能顯示,后經(jīng)圖形放大后才發(fā)現(xiàn)是電路斷路了。其次,布局的時候因元件比較多,整體布局比較困難,因子電路不如原電路直觀,最后在不斷努力下,終于不用子電路布好整個電路。</p><p>  調試時有的器件在理論上可行,但在實際運行中就無法看到效果,所以得換不少器件,有

18、時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。在整個設計中,74LS160的接線比較困難,反復修改了多次,在認真學習其用法后采用歸零法和置數(shù)法設計出60進制和24進制的計數(shù)器。</p><p>  同時,在最后仿真時,預置的頻率一開始用的是1hz,結果仿真結果反應很慢,后把頻率加大,這才在短時間內就能看到全部結果??傊?,通過這次對數(shù)字時鐘的設計與仿真,為以后的電路設計打下良好的基礎,一些經(jīng)驗和教訓,將成為寶貴

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