數(shù)電課設(shè)設(shè)計(jì)方案并仿真自動(dòng)打鈴系統(tǒng)

1、數(shù)子電子課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)并仿真自動(dòng)打鈴系統(tǒng)目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求 3二、設(shè)計(jì)方案 3三、單元設(shè)計(jì) 7四、組裝、調(diào)試、記錄 12五、總邏輯圖 12六、元器件清單 14七、改進(jìn)設(shè)想 14電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)正文一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求：1. 設(shè)計(jì)任務(wù)采用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)可以自動(dòng)打鈴的系統(tǒng)。2. 基本要求（1）具有顯示小時(shí)和分鐘的時(shí)鐘功能。（2）具有自動(dòng)打鈴功能（在 8 30、9: 15、9： 25、10： 10、10： 30、11： 15、11：25、12： 10等8個(gè)時(shí)刻打鈴，鈴響30秒）。（3）當(dāng)電路發(fā)生走時(shí)誤差時(shí)，要求電路具有校時(shí)功能。（4）具有手動(dòng)設(shè)置定時(shí)的功能。（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。二

2、、設(shè)計(jì)方案：1. 萬(wàn)案一原理框圖如2.1所示:此方案的設(shè)計(jì)思路是，用移位寄存器事先儲(chǔ)存八個(gè)時(shí)間點(diǎn)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)為十六位二 進(jìn)制代碼，這八個(gè)時(shí)間點(diǎn)可依次滾動(dòng)循環(huán)輸出。 然后將輸出的時(shí)間信號(hào)與時(shí)鐘的小時(shí)和 分鐘信號(hào)用十六位比較器進(jìn)行比較。 當(dāng)寄存器中輸出的時(shí)間與時(shí)鐘顯示的時(shí)間正好吻合 時(shí)，比較器輸出相等的信號(hào)，啟動(dòng)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(hào)共同控制寄存器的使能端，使之滾動(dòng)，輸出下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。以此循環(huán)，實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)報(bào)時(shí)打鈴的功能。（詳細(xì)原理見(jiàn)三、四、五、六部分）共 14頁(yè) 第3頁(yè)此方案可任意預(yù)置八個(gè)時(shí)間點(diǎn)，使用范圍廣。但器件相對(duì)較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜2. 方案二原理框圖如2.2

3、所示：此方案的設(shè)計(jì)思路是，通過(guò)判斷下一次打鈴距上一次打鈴的時(shí)間間隔來(lái)報(bào)時(shí)。這八個(gè)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間間隔依次是 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(lái)控制響鈴的間隔時(shí)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(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到 45分或10分或20分鐘時(shí)開(kāi)啟響鈴系統(tǒng) 來(lái)報(bào)時(shí)。數(shù)字選擇器的控制端用四個(gè)四位寄存器控制 （如圖2.3），可事先預(yù)置不同的時(shí) 間間隔出現(xiàn)的次序。然后依次滾動(dòng)輸出所需的控制信號(hào)。首先將打鈴的初始時(shí)間信號(hào)預(yù)置到比較器中，在寄存器中存入如表2.4所示代碼。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)與預(yù)置的初始信號(hào)相同時(shí)，打鈴，同時(shí)開(kāi)啟45進(jìn)制

4、計(jì)數(shù)器，計(jì)時(shí)。此時(shí)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(hào)。當(dāng)計(jì)時(shí)45分鐘后，打鈴，同 時(shí)所有計(jì)數(shù)器重新計(jì)時(shí)。寄存器的使能端 $S=01如圖2.5所示，寄存器左滾動(dòng)，輸出 共 14頁(yè) 第4頁(yè)下一個(gè)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(hào)。這樣反復(fù)重復(fù)，當(dāng)寄存器輸 出第七個(gè)信號(hào)也就是最后一個(gè)信號(hào)后滾動(dòng)到 11,使能端SoS=O1，再次翻滾到00,重新 循環(huán)。此方案所需元器件比方案一少，但只能間隔固定的時(shí)間打鈴，且各部分間的級(jí)聯(lián)較 復(fù)雜。3. 方案二：原理框圖如圖2.6所示此方案的設(shè)計(jì)思路是，用兩個(gè)十六進(jìn)制比較器將打鈴的初始時(shí)間信號(hào)和終止時(shí)間信號(hào)分別與時(shí)鐘信號(hào)做比較。當(dāng)初始信

5、號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)相等時(shí)打鈴，同時(shí)開(kāi)啟1000進(jìn)制計(jì)數(shù)器，開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別在計(jì)時(shí) 45, 55，100，120，165，175, 220時(shí)用這些數(shù)字的特征 值控制打鈴。當(dāng)最后一次打鈴時(shí)，終止時(shí)間比較器控制計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)。兩個(gè)比較器和 計(jì)數(shù)器的連線圖如圖2.7所示圖2.7方案三主要部件連線圖圖2.8是初始時(shí)間為8: 30,終止時(shí)間為12: 10分的計(jì)時(shí)狀態(tài)(a)(b)（C）(d)圖2.8初始時(shí)間為8: 30,終止時(shí)間為12.10的計(jì)時(shí)狀態(tài)圖三、方案一單元設(shè)計(jì)：1. 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器秒脈沖信號(hào)發(fā)生器由555定時(shí)器構(gòu)成，該信號(hào)源的參數(shù)計(jì)算：所以參數(shù)設(shè)為 Vs=5V F=1Hz R仁47K R2=47k C=

6、10uf, Cf=10pf。用示波器觀察發(fā)現(xiàn)，用 555信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，所以用74132N的施密特觸發(fā)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行整合后輸出。如圖3.1所示。2kQKey=AR350%47kO03 : : _4 了 kffl 1R2 : ._zplOuFC5VVs計(jì)R5TDISTBRTPTCON=±1：0pF：CfVCC-OUTGHD555 Timer74132NU1AITVIRTUAL圖3.1秒脈沖信號(hào)發(fā)生器2. 時(shí)鐘時(shí)鐘的秒、分用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，小時(shí)用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)。然后將三個(gè)計(jì)數(shù) 器級(jí)聯(lián)，分別譯碼顯示，構(gòu)成一個(gè)秒分時(shí)的數(shù)字時(shí)鐘。計(jì)數(shù)器的 CP由上述脈沖信號(hào)發(fā) 生

7、器提供，頻率為1秒。1)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器六十進(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 所示。首先將兩片計(jì)數(shù)器以并行方式連成一個(gè)一百進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，即個(gè)位的進(jìn)位輸出與 十位的 ET、EP相連。當(dāng)十位片計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0110個(gè)位片計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=00(時(shí)，十位片Q2Q1經(jīng)與門(mén)產(chǎn)生反饋清零信號(hào)，將兩片 74LS190同時(shí)置零, 實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。JJL VCC-tnlx-ZA-'4YZE-3&3Y- cm 3Y74LS00NU19A1'74AS21N：258u-e-gffl wft-Oh5A.U18HEX Eq氐NX

8、+99眄T16OHSM1V圖3.2六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器3) 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器二十四進(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3.3所示。首先將兩片計(jì)數(shù)器以并行方式連成一個(gè)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(gè)位片計(jì)數(shù)狀態(tài)為 Q3Q2Q1Q0=010時(shí)，十位片Q1、個(gè)位片Q2經(jīng)G1門(mén)產(chǎn)生反饋清零信號(hào)，將兩片74LS190同時(shí)置零，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。.5"I刈叩:s:liHui?:富IJZD：:74LS160HJ 口 T斗圖3.3jiUJAL21''71LS1G0N二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器3）譯碼顯示電路所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用

9、 BCD-7段譯碼器。如圖3.4所示，最右端為低位U25圖3.4七段譯碼器4）校時(shí)當(dāng)時(shí)鐘出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，需要校時(shí)，即對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行校正。校時(shí)系統(tǒng)采用單刀雙擲開(kāi)J6Key = Space圖3.5單刀雙擲開(kāi)關(guān)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(hào)。當(dāng)撥到接1端時(shí)，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘按照給定的 CP獨(dú)立計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)校正。 當(dāng)撥到進(jìn)位信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器只有在上位計(jì)數(shù)器進(jìn)位時(shí)計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。3. 八個(gè)時(shí)間的寄存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(gè) 固定設(shè)定時(shí)間置入移位寄存器當(dāng)中如圖3.6所示，在電路開(kāi)始運(yùn)行后，將數(shù)字鐘的

10、時(shí)、分與預(yù)置的打鈴時(shí)刻在比較器中進(jìn)行比較。若電子鐘的時(shí)、分與設(shè)定好的時(shí)間相等，則 此時(shí)輸出一個(gè)高電位，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和燈。之后，寄存器的數(shù)字自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)時(shí)間， 等待下一個(gè)打鈴時(shí)刻與數(shù)字鐘的吻合。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(dòng)信號(hào)的來(lái)臨。當(dāng)響鈴信號(hào)和30秒的特征值信號(hào)來(lái)臨時(shí)，S0S仁01寄存器滾動(dòng)到下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。S0S1的控制如圖3.7所示。AB端為三十秒的特征值信號(hào)，此信號(hào)從C端輸出，與D 端得響鈴信號(hào)相與。然后與 S0S1的共同控制端E相或。即控制端為1時(shí)，S0S仁11置 數(shù)；控制端為0時(shí)，S0S仁00保

11、持，此時(shí)若響鈴三十秒，S0S1=01滾動(dòng)。pPII:2nni1TE4-I廣33JS !3n »圖3.6八個(gè)時(shí)間的寄存電路U58圖3.7 S0S1使能端的級(jí)聯(lián)圖四、組裝調(diào)試記錄：在組裝和調(diào)試的過(guò)程中，出現(xiàn)了以下幾個(gè)主要問(wèn)題：1. 蜂鳴器只響一秒查找方法：分析級(jí)聯(lián)原理原因：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(shí)鐘計(jì)時(shí)到打 鈴時(shí)刻時(shí)，蜂鳴器響，同時(shí)，比較器的輸出端的高位信號(hào)使寄存器左移，打鈴時(shí)刻跳轉(zhuǎn) 到下一時(shí)刻，因此，比較器輸出低電位，則蜂鳴器只響一秒。改進(jìn)：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(hào)，使 其與比較器的輸出經(jīng)過(guò)或門(mén)后將信號(hào)送給寄存

12、器左移控制端， 從而達(dá)到了蜂鳴器持續(xù)發(fā) 聲30秒。2. 電路開(kāi)始仿真時(shí)，第一個(gè)打鈴時(shí)刻并不是提前預(yù)置的第一個(gè)時(shí)刻查找方法：分部控制、觀察。原因：由于分別對(duì)S0S1控制，當(dāng)控制SOS仁11實(shí)現(xiàn)置數(shù)后，需要把SOS1同時(shí)撥 到0,否則就會(huì)出現(xiàn)SOS仁01或S0S1=10的時(shí)刻。這樣寄存器就會(huì)左滾動(dòng)或右滾動(dòng)一次。改進(jìn)：將兩個(gè)控制端合并為一個(gè)控制端，減少操作的時(shí)間差。3. 在連接兩個(gè)四位寄存器中數(shù)碼管始終為 0查找方法：首先用數(shù)碼顯示管連到寄存器的四個(gè)輸出端，查看是否能置數(shù)，然后再 控制觀察是否能滾動(dòng)。原因：一些連線上的錯(cuò)誤。4. 在仿真的過(guò)程中還出現(xiàn)，某些器件不工作（用示波器挨個(gè)查找），軟件中毒（嘗試發(fā)現(xiàn)重新復(fù)制到一個(gè)新的 multisim中），級(jí)聯(lián)不合理等問(wèn)題。五、課程設(shè)計(jì)總邏輯原理圖：六、元器件清單：型號(hào)功能備注74132施密特觸發(fā)器一片CC14585BD