數(shù)電課程設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)并仿真自動打鈴系統(tǒng)

1、<p>　　數(shù)子電子課程實(shí)驗(yàn)報告</p><p>　　設(shè)計(jì)并仿真自動打鈴系統(tǒng)</p><p><b>　　目      錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求………………………………3</p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案 ………………

2、…………………………3</p><p>　　三、單元設(shè)計(jì) …………………………………………7</p><p>　　四、組裝、調(diào)試、記錄 ………………………………12</p><p>　　五、總邏輯圖 …………………………………………12</p><p>　　六、元器件清單 ……………………………………14</p>

3、<p>　　七、改進(jìn)設(shè)想 ………………………………………14</p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)正文</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求:</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　采用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個可以自動打鈴的系統(tǒng)。</p><p&

4、gt;<b>　　2. 基本要求</b></p><p>　?。?）具有顯示小時和分鐘的時鐘功能。</p><p>　?。?）具有自動打鈴功能（在8：30、9：15、9：25、10：10、10：30、11：15、11：25、12：10等8個時刻打鈴，鈴響30秒）。</p><p>　?。?）當(dāng)電路發(fā)生走時誤差時，要求電路具有校時功能。<

5、/p><p>　　（4）具有手動設(shè)置定時的功能。</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單。</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案：</b></p><p><b>　　1.方案一</b></p><p>　　原理框圖如2.1所示：</p

6、><p>　　此方案的設(shè)計(jì)思路是，用移位寄存器事先儲存八個時間點(diǎn)，每個時間點(diǎn)為十六位二進(jìn)制代碼，這八個時間點(diǎn)可依次滾動循環(huán)輸出。然后將輸出的時間信號與時鐘的小時和分鐘信號用十六位比較器進(jìn)行比較。當(dāng)寄存器中輸出的時間與時鐘顯示的時間正好吻合時，比較器輸出相等的信號，啟動蜂鳴器和指示燈。30秒后，由30秒的特征值和比較器相等的信號共同控制寄存器的使能端，使之滾動，輸出下一個時間點(diǎn)。以此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動報時打鈴的功能。（詳細(xì)

7、原理見三、四、五、六部分）</p><p>　　此方案可任意預(yù)置八個時間點(diǎn)，使用范圍廣。但器件相對較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</p><p><b>　　2.方案二</b></p><p>　　原理框圖如2.2所示：</p><p>　　此方案的設(shè)計(jì)思路是，通過判斷下一次打鈴距上一次打鈴的時間間隔來報時。這八個時間點(diǎn)的時間間隔依次

8、是45、10、45、20、45、10、45分鐘。用45進(jìn)制、10進(jìn)制、20進(jìn)制計(jì)數(shù)器來控制響鈴的間隔時間。它們的輸出端接入四選一的數(shù)字選擇器，數(shù)字選擇器輸出選中的計(jì)數(shù)器的信號。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到45分或10分或20分鐘時開啟響鈴系統(tǒng)來報時。數(shù)字選擇器的控制端用四個四位寄存器控制（如圖2.3），可事先預(yù)置不同的時間間隔出現(xiàn)的次序。然后依次滾動輸出所需的控制信號。</p><p>　　首先將打鈴的初始時間信號預(yù)置到比較器中

9、，在寄存器中存入如表2.4所示代碼。當(dāng)時鐘信號與預(yù)置的初始信號相同時，打鈴，同時開啟45進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)時。此時數(shù)字選擇器的控制端為00，輸出45進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出的信號。當(dāng)計(jì)時45分鐘后，打鈴，同時所有計(jì)數(shù)器重新計(jì)時。寄存器的使能端S0S1=01如圖2.5所示，寄存器左滾動，輸出下一個代碼01.數(shù)字選擇器輸出10進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的信號。這樣反復(fù)重復(fù)，當(dāng)寄存器輸出第七個信號也就是最后一個信號后滾動到11，使能端S0S1=01，再次翻滾到00，重

10、新循環(huán)。</p><p>　　此方案所需元器件比方案一少，但只能間隔固定的時間打鈴，且各部分間的級聯(lián)較復(fù)雜。</p><p><b>　　3.方案三：</b></p><p>　　原理框圖如圖2.6所示</p><p>　　此方案的設(shè)計(jì)思路是，用兩個十六進(jìn)制比較器將打鈴的初始時間信號和終止時間信號分別與時鐘信號做比較。當(dāng)

11、初始信號與時鐘信號相等時打鈴，同時開啟1000進(jìn)制計(jì)數(shù)器，開始計(jì)時，分別在計(jì)時45，55，100，120，165，175，220時用這些數(shù)字的特征值控制打鈴。當(dāng)最后一次打鈴時，終止時間比較器控制計(jì)數(shù)器停止計(jì)時。兩個比較器和計(jì)數(shù)器的連線圖如圖2.7所示</p><p>　　圖2.7方案三主要部件連線圖</p><p>　　圖2.8是初始時間為8：30，終止時間為12：10分的計(jì)時狀態(tài)。<

12、;/p><p><b>　　（a）</b></p><p><b>　?。╞）</b></p><p><b>　?。╟）</b></p><p><b>　?。╠）</b></p><p>　　圖2.8 初始時間為8：30，終止時間為

13、12.10的計(jì)時狀態(tài)圖</p><p>　　三、方案一單元設(shè)計(jì):</p><p>　　1.秒脈沖信號發(fā)生器</p><p>　　秒脈沖信號發(fā)生器由555定時器構(gòu)成，該信號源的參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　所以參數(shù)設(shè)為Vs=5V，F(xiàn)=1Hz，R1=47k，R2=47k，C=10uf，Cf=10pf。</p><p>　

14、　用示波器觀察發(fā)現(xiàn)，用555信號發(fā)生器輸出的信號不是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號，所以用74132N的施密特觸發(fā)器對信號進(jìn)行整合后輸出。如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1秒脈沖信號發(fā)生器</p><p><b>　　2.時鐘</b></p><p>　　時鐘的秒、分用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)時，小時用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)時。然后將三個計(jì)數(shù)器級聯(lián)，分別譯碼顯示

15、，構(gòu)成一個秒分時的數(shù)字時鐘。計(jì)數(shù)器的CP由上述脈沖信號發(fā)生器提供，頻率為1秒。</p><p><b>　　1）60進(jìn)制計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器由兩片74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，采用整體置數(shù)法實(shí)現(xiàn)。如圖3.2</p><p>　　所示。首先將兩片計(jì)數(shù)器以并行方式連成一個一百進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，即個位的進(jìn)位輸出與十位的ET

16、、EP相連。當(dāng)十位片計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0110、個位片計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000時，十位片Q2Q1經(jīng)與門產(chǎn)生反饋清零信號，將兩片74LS190同時置零，實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>　　圖3.2六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　3）24進(jìn)制計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器由兩片74LS16

17、0十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，采用整體置數(shù)法實(shí)現(xiàn)。如圖3.3所示。首先將兩片計(jì)數(shù)器以并行方式連成一個一百進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)十位片計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0010、個位片計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0100時，十位片Q1、個位片Q2經(jīng)G1門產(chǎn)生反饋清零信號，將兩片74LS190同時置零，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>　　圖3.3二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　3）譯碼

18、顯示電路</b></p><p>　　所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD-7段譯碼器。如圖3.4所示，最右端為低位</p><p><b>　　圖3.4七段譯碼器</b></p><p><b>　　4）校時</b></p><p>　　當(dāng)時鐘出現(xiàn)差錯時，需要校時，即對時鐘信號進(jìn)行校正。校

19、時系統(tǒng)采用單刀雙擲開</p><p>　　圖3.5單刀雙擲開關(guān)</p><p>　　關(guān)實(shí)現(xiàn)，如圖3.5所示。單刀接計(jì)數(shù)器的ET、EP端，雙刀的一端接1，另一端接下一位的進(jìn)位信號。當(dāng)撥到接1端時，計(jì)數(shù)器時鐘按照給定的CP獨(dú)立計(jì)時，實(shí)現(xiàn)校正。當(dāng)撥到進(jìn)位信號時，計(jì)數(shù)器只有在上位計(jì)數(shù)器進(jìn)位時計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能。</p><p><b>　　3.八個時間的寄存<

20、;/b></p><p>　　寄存器采用四位雙向移位的74LS194寄存器。在電路運(yùn)行之前，先將設(shè)置好的8個固定設(shè)定時間置入移位寄存器當(dāng)中如圖3.6所示，在電路開始運(yùn)行后，將數(shù)字鐘的時、分與預(yù)置的打鈴時刻在比較器中進(jìn)行比較。若電子鐘的時、分與設(shè)定好的時間相等，則此時輸出一個高電位，驅(qū)動蜂鳴器和燈。之后，寄存器的數(shù)字自動跳轉(zhuǎn)到下一個時間，等待下一個打鈴時刻與數(shù)字鐘的吻合。</p><p&g

21、t;　　首先控制S0S1=11，寄存器置數(shù)，將事先設(shè)定好的數(shù)置入寄存器中，然后控制S0S1=00，寄存器處于保持狀態(tài)，等待滾動信號的來臨。當(dāng)響鈴信號和30秒的特征值信號來臨時，S0S1=01，寄存器滾動到下一個時間點(diǎn)。</p><p>　　S0S1的控制如圖3.7所示。AB端為三十秒的特征值信號，此信號從C端輸出，與D端得響鈴信號相與。然后與S0S1的共同控制端E相或。即控制端為1時，S0S1=11，置數(shù)；控制端

22、為0時，S0S1=00，保持，此時若響鈴三十秒，S0S1=01，滾動。</p><p>　　圖3.6八個時間的寄存電路</p><p>　　圖3.7 S0S1使能端的級聯(lián)圖</p><p><b>　　四、組裝調(diào)試記錄：</b></p><p>　　在組裝和調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了以下幾個主要問題：</p>

23、<p><b>　　蜂鳴器只響一秒</b></p><p>　　查找方法：分析級聯(lián)原理</p><p>　　原因：比較器的輸出端直接與移位寄存器的左移控制端S1連接。當(dāng)時鐘計(jì)時到打鈴時刻時，蜂鳴器響，同時，比較器的輸出端的高位信號使寄存器左移，打鈴時刻跳轉(zhuǎn)到下一時刻，因此，比較器輸出低電位，則蜂鳴器只響一秒。</p><p>　　改進(jìn)

24、：為使蜂鳴器的響聲持續(xù)30秒，利用秒計(jì)數(shù)器中十位的“3”的特征信號，使其與比較器的輸出經(jīng)過或門后將信號送給寄存器左移控制端，從而達(dá)到了蜂鳴器持續(xù)發(fā)聲30秒。</p><p>　　電路開始仿真時，第一個打鈴時刻并不是提前預(yù)置的第一個時刻</p><p>　　查找方法：分部控制、觀察。</p><p>　　原因：由于分別對 S0S1控制，當(dāng)控制S0S1=11，實(shí)現(xiàn)置數(shù)后

25、，需要把S0S1同時撥到0，否則就會出現(xiàn)S0S1=01或S0S1=10的時刻。這樣寄存器就會左滾動或右滾動一次。</p><p>　　改進(jìn)：將兩個控制端合并為一個控制端，減少操作的時間差。</p><p>　　在連接兩個四位寄存器中數(shù)碼管始終為0</p><p>　　查找方法：首先用數(shù)碼顯示管連到寄存器的四個輸出端，查看是否能置數(shù)，然后再控制觀察是否能滾動。<

26、/p><p>　　原因：一些連線上的錯誤。</p><p>　　4.在仿真的過程中還出現(xiàn)，某些器件不工作（用示波器挨個查找），軟件中毒（嘗試發(fā)現(xiàn)重新復(fù)制到一個新的multisim中），級聯(lián)不合理等問題。</p><p>　　五、課程設(shè)計(jì)總邏輯原理圖:</p><p><b>　　六、元器件清單:</b></p>