畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于EWB的數(shù)字電路設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告摘要EWB是一種電子電路計(jì)算機(jī)仿真軟件，它被稱為電子設(shè)計(jì)工作平臺(tái)或虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，英文全稱為ElectronicsWorkbench。EWB是加拿大InteractiveImageTechnologies公司于1988年開發(fā)的，自發(fā)布以來，已經(jīng)有35個(gè)國(guó)家、10種語言的人在使用。EWB以SPICE3F5為軟件核心，增強(qiáng)了其在數(shù)字及模擬混合信號(hào)方面的仿真功能。該軟件是目前各種電路仿真軟件中最理想的軟件，作為設(shè)計(jì)工具該軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，具有完整的數(shù)字信號(hào)模擬功能。本文介紹一種基于EWB的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)總體系統(tǒng)由脈沖發(fā)生器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼電路、LED顯示電路、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。關(guān)鍵詞:數(shù)字電路，EWB軟件；數(shù)字鐘；振蕩器；分頻器；計(jì)數(shù)器；門電路。PAGEPAGE18目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第一章緒論 1第二章EWB軟件介紹與應(yīng)用 22.1EWB軟件概述 22.2EWB軟件使用 32.2.1EWB軟件主界面 32.2.1EWB軟件元件庫(kù) 42.2.2EWB軟件工具欄 42.2.3EWB軟件信號(hào)庫(kù)欄 42.2.4EWB軟件基本器件庫(kù)欄和指示器件庫(kù)欄 5第三章主要元件介紹 63.1設(shè)計(jì)構(gòu)思 63.2設(shè)計(jì)方案 63.374ls160計(jì)數(shù)器應(yīng)用 73.3.1十進(jìn)制接線 73.3.2七進(jìn)制接線 93.47490計(jì)數(shù)器應(yīng)用 9第四章數(shù)字鐘基本原理及單元電路設(shè)計(jì) 124.1數(shù)字鐘的基本原理 124.2石英晶體振蕩器 124.3分頻電路 134.4計(jì)數(shù)與譯碼顯示電路 134.4.1秒計(jì)數(shù)電路 134.4.2分計(jì)數(shù)電路 144.4.3時(shí)計(jì)數(shù)電路 154.4.4周計(jì)數(shù)電路 154.4.5校時(shí)電路 164.4.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 174.4.7數(shù)字鐘整體邏輯電路 18總結(jié) 19致謝 20參考文獻(xiàn) 21

第一章緒論隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計(jì)算機(jī)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)，使得電子線路的設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上完成電路的功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測(cè)試直至印刷電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)。為了能在電路付諸實(shí)現(xiàn)之前,完全掌握操作環(huán)境因素(如電源電壓、溫度等)對(duì)電路的影響,利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行電路模擬與仿真,并進(jìn)行輸入與輸出信號(hào)響應(yīng)的驗(yàn)證,可有效地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間與成本。ElectronicsWorkbench(EWB)軟件是專門用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺(tái)”軟件,他是目前全球最直觀、最高效的EDA軟件。該軟件的自動(dòng)化程度高、功能強(qiáng)大、運(yùn)行速度快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。能夠提供電阻、電容、三極管、集成電路等14大類幾千種元器件;能夠提供示波器、萬用表等十幾種常用的電子儀器;具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能,可繪制出符合標(biāo)準(zhǔn)的電子圖紙;他還具有強(qiáng)大的波形顯示功能,并且結(jié)果可輕松放入各類文檔。用該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析非常方便。本文在EWB基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘,是由數(shù)字集成電路構(gòu)成、用數(shù)碼管顯示的一種現(xiàn)代計(jì)時(shí)器,與傳統(tǒng)機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性,且無機(jī)械裝置,具有更長(zhǎng)的使用壽命,因此可望得到廣泛使用。第二章EWB軟件介紹與應(yīng)用2.1EWB軟件概述在當(dāng)今電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，EDA設(shè)計(jì)和仿真是一個(gè)十分重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在眾多的EDA設(shè)計(jì)和仿真軟件中，EWB以其強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用功能，在各高校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設(shè)計(jì)中得到了較廣泛的應(yīng)用。EWB及其相關(guān)庫(kù)包的應(yīng)用對(duì)提高學(xué)生的仿真設(shè)計(jì)能力，更新設(shè)計(jì)理念有較大的好處。

EWB最突出的特點(diǎn)是用戶界面友好，各類器件和集成芯片豐富，尤其是其直觀的虛擬儀表是EWB的一大特色。EWB所包含的虛擬儀表有：示波器，萬用表，函數(shù)發(fā)生器，波特圖圖示儀，失真度分析儀，頻譜分析儀，邏輯分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀等。而通常一個(gè)普通實(shí)驗(yàn)室是無法完全提供這些設(shè)備的。這些儀器的使用使仿真分析的操作更符合平時(shí)實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計(jì)算機(jī)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)，使得電子線路的設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上完成電路的功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測(cè)試直至印刷電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)。EDA是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。與早期的CAD軟件相比，EDA軟件的自動(dòng)化程度更高、功能更完善、運(yùn)行速度更快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。電子工作平臺(tái)Electronics

Workbench

(EWB)(現(xiàn)稱為MultiSim)

軟件是加拿大Interactive

Image

Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺(tái)軟件，它具有這樣一些特點(diǎn)：

（1）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。

（2）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫(kù)，提供多種電路分析方法。

（3）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)。

（4）EWB還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測(cè)量方法。2.2EWB軟件使用2.2.1EWB軟件主界面圖2-1EWB主界面2.2.1EWB軟件元件庫(kù)圖2-2EWB元件庫(kù)2.2.2EWB軟件工具欄圖2-3EWB工具欄2.2.3EWB軟件信號(hào)庫(kù)欄圖2-4EWB信號(hào)庫(kù)2.2.4EWB軟件基本器件庫(kù)欄和指示器件庫(kù)欄圖2-5EWB軟件基本器件庫(kù)欄和指示器件庫(kù)欄

第三章主要元件介紹3.1設(shè)計(jì)構(gòu)思要構(gòu)成一電子鐘電路，首先應(yīng)有一個(gè)秒脈沖產(chǎn)生器，這可由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過整形和分頻獲得。秒脈沖經(jīng)過秒計(jì)數(shù)器（60進(jìn)制）可以累計(jì)秒鐘數(shù)，而秒計(jì)數(shù)器輸出的分脈沖計(jì)數(shù)器（60進(jìn)制）可以累計(jì)分鐘數(shù)。同樣地，分計(jì)數(shù)器輸出的時(shí)脈沖經(jīng)過時(shí)計(jì)數(shù)器（24進(jìn)制）可以累計(jì)小時(shí)數(shù)。這此時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器通過譯碼器和顯示器便可以顯示時(shí)、分、秒。最后，還需要考慮校對(duì)時(shí)電路。(1)設(shè)計(jì)一個(gè)具有‘時(shí)’、‘分’、‘秒’的十進(jìn)制數(shù)字顯示(小時(shí)從00～23)的計(jì)數(shù)器。(2)具有手動(dòng)校時(shí)、校分的功能。(3)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能（整點(diǎn)燈閃1秒）。3.2設(shè)計(jì)方案根據(jù)所給設(shè)計(jì)構(gòu)思,畫出數(shù)字鐘原理框圖見圖3-1。由設(shè)計(jì)方案使用EWB軟件設(shè)計(jì)仿真并調(diào)試數(shù)字鐘電路。圖3-1數(shù)字鐘原理框圖3.374ls160計(jì)數(shù)器應(yīng)用3.3.1十進(jìn)制接線演示電路：74ls160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器連線如圖3-2圖3-274ls160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接圖CLR：異步清零端

CLK：時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）

A-

D：數(shù)據(jù)輸入端

ENP，ENT：計(jì)數(shù)控制端

LOAD：同步并行置入控制端

RCO：進(jìn)位輸出端表174160的功能表如表1所示。由表1可知，74160具有以下功能：

①

異步清零

當(dāng)CR（CLR’）=0時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何（包括時(shí)鐘信號(hào)CP

），計(jì)數(shù)器輸出將被直接置零，稱為異步清零。②

同步并行預(yù)置數(shù)

在CR=1的條件下，當(dāng)LD(LOAD’)=0、且有時(shí)鐘脈沖CP

的上升沿作用時(shí)，D0、D1、D2、D3

輸入端的數(shù)據(jù)將分別被Q0～Q3所接收。由于這個(gè)置數(shù)操作要與CP

上升沿同步，且D0、D1、D2、D3的數(shù)據(jù)同時(shí)置入計(jì)數(shù)器，所以稱為同步并行置數(shù)。③

保持

在CR=LD=1的條件下,當(dāng)ENT=ENP=0,即兩個(gè)計(jì)數(shù)使能端中有0時(shí),不管有無CP

脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變(停止計(jì)數(shù))。需要說明的是，當(dāng)ENP=0,

ENT=1時(shí)，進(jìn)位輸出C也保持不變；而當(dāng)ENT=0時(shí)，不管ENP狀態(tài)如何，進(jìn)位輸出RCO=0.④

計(jì)數(shù)

當(dāng)CR=LD=ENP=ENT=1時(shí)，74160處于計(jì)數(shù)狀態(tài),電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，電路將從1001狀態(tài)返回到0000狀態(tài)，RCO端從高電平跳變至低電平。可以利用RCO端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號(hào)。3.3.2七進(jìn)制接線用160和與非門組成7進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步清零端設(shè)計(jì)

圖3-374160從0000狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入第7個(gè)CP

脈沖（上升沿）時(shí)，輸出Q3

Q2

Q1

Q0＝0110，此時(shí)反饋給CR端一個(gè)清零信號(hào)，立即使Q3

Q2

Q1

Q0返回0000狀態(tài)，接著,CR端的清零信號(hào)也隨之消失，74160重新從0000狀態(tài)開始新的計(jì)數(shù)周期。

3.47490計(jì)數(shù)器應(yīng)用經(jīng)過4片7490進(jìn)行十進(jìn)制級(jí)聯(lián)形成1000分頻功能,因?yàn)槊科瑸?/10分頻,4片級(jí)聯(lián)正好獲得。74LS90是異步二—五—十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：

(1)計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

(2)計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。

(3)若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，

則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。

(4)若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，

則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(5)清零、置9功能。

a)

異步清零

當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。

b)置9功能

當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能即QDQCQBQA＝1001。圖3-474LS90引腳排列和芯片功能表下圖中為7490計(jì)數(shù)器的十進(jìn)制接線圖：圖3-57490計(jì)數(shù)器的十進(jìn)制接線圖

第四章數(shù)字鐘基本原理及單元電路設(shè)計(jì)4.1數(shù)字鐘的基本原理工作原理:數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示、報(bào)時(shí)等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器,由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),把累加的結(jié)果以‘時(shí)’、‘分’、‘秒’的數(shù)字顯示出來?！畷r(shí)’顯示由24進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成,‘分’、‘秒’顯示分別由60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。可進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí),計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí),可以用校時(shí)電路手動(dòng)校時(shí)、校分和秒。4.2石英晶體振蕩器振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心,振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準(zhǔn)度決定了計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確度。振蕩電路如圖2所示。由石英晶體、微調(diào)電容(C4)、等構(gòu)成。晶振c5頻率為10kHz,輸出反饋電阻R1為555提供偏置,使電路工作于放大區(qū)。與石英晶體串聯(lián)的微調(diào)電容,可以對(duì)振蕩器頻率做微量調(diào)節(jié),從而在輸出端得到較穩(wěn)定的10kHz脈沖信號(hào)。圖4.1石英晶體振蕩器4.3分頻電路分頻電路如圖4-2所示,產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào),選用4片計(jì)數(shù)器7490實(shí)現(xiàn)。由振蕩電路產(chǎn)生頻率為10kHz的周期性方波信號(hào),經(jīng)過4片7490進(jìn)行級(jí)聯(lián),因?yàn)槊科瑸?/10分頻,4片級(jí)聯(lián)正好獲得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)。圖4-2分頻電路4.4計(jì)數(shù)與譯碼顯示電路4.4.1秒計(jì)數(shù)電路秒、分為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,他們的個(gè)位為十進(jìn)制,十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器,個(gè)位為十進(jìn)制,當(dāng)十位計(jì)數(shù)為2,個(gè)位計(jì)數(shù)到4時(shí)清零。采用6片中規(guī)模計(jì)數(shù)器74160實(shí)現(xiàn)。(1)秒、分計(jì)數(shù)電路秒、分計(jì)數(shù)電路為60進(jìn)制,如圖4-3為秒計(jì)數(shù)電路,由2片74160四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。74160具有異步清零的功能,第一片構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,第二片構(gòu)成六進(jìn)制。在第一片計(jì)數(shù)器中,當(dāng)?shù)?0個(gè)脈沖到來時(shí),他的輸出狀態(tài)為“1010”,QDQB為高電平。因?yàn)?4160異步清零端為高電平清零,所以QDQB分別接到清零端即構(gòu)成十進(jìn)制。第二片為六進(jìn)制,當(dāng)?shù)谝黄辶愕耐瑫r(shí)給第二片的ENT端進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)ENT端的第6個(gè)脈沖到來時(shí),第二片的QCQB均為高電平,將他們連接到計(jì)數(shù)器的清零端,在清零的同時(shí)給上一級(jí)進(jìn)位。從而構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。分別把秒十位、個(gè)位輸出端接到帶譯碼的七段顯示器,當(dāng)電路運(yùn)行后,計(jì)數(shù)器便開始從00～59計(jì)數(shù),顯示器就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)碼。圖4.3秒計(jì)數(shù)電路4.4.2分計(jì)數(shù)電路圖4-4分計(jì)數(shù)電路4.4.3時(shí)計(jì)數(shù)電路時(shí)計(jì)數(shù)電路為24進(jìn)制,如圖5所示,由2片74160、與門、或門組成。個(gè)位接成十進(jìn)制,十位接成八進(jìn)制,每當(dāng)個(gè)位為4,十位為2時(shí),由與門送出一高電平清零信號(hào),2片74160同時(shí)清零,使電路構(gòu)成二十四進(jìn)制。圖4-5時(shí)計(jì)數(shù)電路4.4.4周計(jì)數(shù)電路周計(jì)數(shù)電路為7進(jìn)制,如圖4-7所示,由1片74160、若干與非門組成。接成7進(jìn)制,每當(dāng)計(jì)數(shù)為7時(shí)由與非門送出一低電平清零信號(hào),1片74160清零,使電路構(gòu)成7進(jìn)制。由5個(gè)二輸入與非門構(gòu)成三輸入與非門如圖4-6所示圖4-6三輸入與非門關(guān)系式：Y===（）非。其中D輸入端直接接高電平。圖4-7周計(jì)數(shù)電路4.4.5校時(shí)電路當(dāng)剛接通電源或計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí),需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。如圖4-8所示,由開關(guān)構(gòu)成。S，F(xiàn),M分別為時(shí)校正、分秒校正開關(guān)。不校正時(shí)S，F(xiàn)開關(guān)是閉合的。當(dāng)校正時(shí)、分位時(shí),打開S，F(xiàn)開關(guān),然后撥動(dòng)K開關(guān),來回?fù)軇?dòng)一次,就會(huì)使時(shí)、分位增加1,校正完畢后把S，F(xiàn)開關(guān)合上,其中秒校時(shí)當(dāng)撥動(dòng)開關(guān)時(shí)秒被清零不是加一，最后即可完成時(shí)間的校正。圖4-8校時(shí)電路4.4.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路如圖4-9所示整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，由于整點(diǎn)時(shí)分計(jì)數(shù)器為00狀態(tài)，且保持此狀態(tài)1秒鐘，運(yùn)用此特性連接出整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，當(dāng)?shù)竭_(dá)整點(diǎn)時(shí)燈亮1秒鐘。圖4-9整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路由若干二輸入與非門若干非門和一個(gè)二輸入或門組成八輸入異或門電路如上圖所示。表達(dá)式：Y=+ABCDEFGH4.4.7數(shù)字鐘整體邏輯電路計(jì)數(shù)電路和分頻電路圖4-10分頻電路圖4-11數(shù)字鐘整體邏輯電路

總結(jié)課程的選定到軟件仿真件的調(diào)試成功花了不少時(shí)間，卻在其中收獲了不少東西。通過這次課程設(shè)計(jì)，理解能力和動(dòng)手能力都得到了提高，也加深了對(duì)課本知識(shí)的理解。這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)去年學(xué)過的數(shù)字電子技術(shù)基本知識(shí)的應(yīng)用，本來對(duì)數(shù)字電子技術(shù)中的有些東西就不太熟悉，通過這次設(shè)計(jì)，更深刻的了解了各種芯片的引腳、時(shí)序圖、邏輯圖以及功能表，能夠用各種芯片以及觸發(fā)器等組建邏輯電路。這次的設(shè)計(jì)雖然短暫.但卻是我第一次自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的電路.以前書本上的內(nèi)容第一次完完全全的在實(shí)際中實(shí)現(xiàn).在設(shè)計(jì)過程中,遇到了書本中不曾學(xué)到的情況.最后,感謝劉洪朋老師為我們提供這次機(jī)會(huì)。數(shù)字鐘是現(xiàn)實(shí)生活中常用的工具，經(jīng)過這次獨(dú)自設(shè)計(jì)并