數電課程設計-設計并仿真自動打鈴系統

1、<p>　　數子電子課程實驗報告</p><p>　　設計并仿真自動打鈴系統</p><p><b>　　目      錄</b></p><p>　　一、設計任務和基本要求………………………………3</p><p>　　二、設計方案 ………………

2、…………………………3</p><p>　　三、單元設計 …………………………………………7</p><p>　　四、組裝、調試、記錄 ………………………………12</p><p>　　五、總邏輯圖 …………………………………………12</p><p>　　六、元器件清單 ……………………………………14</p>

3、<p>　　七、改進設想 ………………………………………14</p><p>　　電子技術課程設計正文</p><p>　　一、課程設計任務和基本要求:</p><p><b>　　1.設計任務</b></p><p>　　采用中規(guī)模集成電路設計一個可以自動打鈴的系統。</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>　　（2）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）具有手動設置定時的功能。</p><p><b>　　（5）結構簡單。</b></p><p><b>　　二、設計方案：</b></p><p><b>　　1.方案一</b></p><p>　　原理框圖如2.1所示：</p

6、><p>　　此方案的設計思路是，用移位寄存器事先儲存八個時間點，每個時間點為十六位二進制代碼，這八個時間點可依次滾動循環(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行比較。當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。以此循環(huán)，實現自動報時打鈴的功能。（詳細

7、原理見三、四、五、六部分）</p><p>　　此方案可任意預置八個時間點，使用范圍廣。但器件相對較多，結構復雜。</p><p><b>　　2.方案二</b></p><p>　　原理框圖如2.2所示：</p><p>　　此方案的設計思路是，通過判斷下一次打鈴距上一次打鈴的時間間隔來報時。這八個時間點的時間間隔依次

8、是45、10、45、20、45、10、45分鐘。用45進制、10進制、20進制計數器來控制響鈴的間隔時間。它們的輸出端接入四選一的數字選擇器，數字選擇器輸出選中的計數器的信號。當計數器計到45分或10分或20分鐘時開啟響鈴系統來報時。數字選擇器的控制端用四個四位寄存器控制（如圖2.3），可事先預置不同的時間間隔出現的次序。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置到比較器中

9、，在寄存器中存入如表2.4所示代碼。當時鐘信號與預置的初始信號相同時，打鈴，同時開啟45進制計數器，計時。此時數字選擇器的控制端為00，輸出45進制計數器輸出的信號。當計時45分鐘后，打鈴，同時所有計數器重新計時。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.數字選擇器輸出10進制計數器產生的信號。這樣反復重復，當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，且各部分間的級聯較復雜。</p><p><b>　　3.方案三：</b></p><p>　　原理框圖如圖2.6所示</p><p>　　此方案的設計思路是，用兩個十六進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

11、初始信號與時鐘信號相等時打鈴，同時開啟1000進制計數器，開始計時，分別在計時45，55，100，120，165，175，220時用這些數字的特征值控制打鈴。當最后一次打鈴時，終止時間比較器控制計數器停止計時。兩個比較器和計數器的連線圖如圖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分的計時狀態(tài)。<

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

13、12.10的計時狀態(tài)圖</p><p>　　三、方案一單元設計:</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定時器構成，該信號源的參數計算：</p><p>　　所以參數設為Vs=5V，F=1Hz，R1=47k，R2=47k，C=10uf，Cf=10pf。</p><p>　

14、　用示波器觀察發(fā)現，用555信號發(fā)生器輸出的信號不是標準的數字信號，所以用74132N的施密特觸發(fā)器對信號進行整合后輸出。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進制計數器計時，小時用24進制計數器計時。然后將三個計數器級聯，分別譯碼顯示

15、，構成一個秒分時的數字時鐘。計數器的CP由上述脈沖信號發(fā)生器提供，頻率為1秒。</p><p><b>　　1）60進制計數器</b></p><p>　　六十進制計數器由兩片74LS160十進制計數器構成，采用整體置數法實現。如圖3.2</p><p>　　所示。首先將兩片計數器以并行方式連成一個一百進制的計數器，即個位的進位輸出與十位的ET

16、、EP相連。當十位片計數狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0110、個位片計數狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000時，十位片Q2Q1經與門產生反饋清零信號，將兩片74LS190同時置零，實現六十進制計數。</p><p>　　圖3.2六十進制計數器</p><p><b>　　3）24進制計數器</b></p><p>　　二十四進制計數器由兩片74LS16

17、0十進制計數器構成，采用整體置數法實現。如圖3.3所示。首先將兩片計數器以并行方式連成一個一百進制的計數器，當十位片計數狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0010、個位片計數狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0100時，十位片Q1、個位片Q2經G1門產生反饋清零信號，將兩片74LS190同時置零，實現二十四進制計數。</p><p>　　圖3.3二十四進制計數器</p><p><b>　　3）譯碼

18、顯示電路</b></p><p>　　所有計數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>　　當時鐘出現差錯時，需要校時，即對時鐘信號進行校正。校

19、時系統采用單刀雙擲開</p><p>　　圖3.5單刀雙擲開關</p><p>　　關實現，如圖3.5所示。單刀接計數器的ET、EP端，雙刀的一端接1，另一端接下一位的進位信號。當撥到接1端時，計數器時鐘按照給定的CP獨立計時，實現校正。當撥到進位信號時，計數器只有在上位計數器進位時計數，實現計時功能。</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。在電路運行之前，先將設置好的8個固定設定時間置入移位寄存器當中如圖3.6所示，在電路開始運行后，將數字鐘的時、分與預置的打鈴時刻在比較器中進行比較。若電子鐘的時、分與設定好的時間相等，則此時輸出一個高電位，驅動蜂鳴器和燈。之后，寄存器的數字自動跳轉到下一個時間，等待下一個打鈴時刻與數字鐘的吻合。</p><p&g

21、t;　　首先控制S0S1=11，寄存器置數，將事先設定好的數置入寄存器中，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。</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；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使能端的級聯圖</p><p><b>　　四、組裝調試記錄：</b></p><p>　　在組裝和調試的過程中，出現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。當時鐘計時到打鈴時刻時，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

24、：為使蜂鳴器的響聲持續(xù)30秒，利用秒計數器中十位的“3”的特征信號，使其與比較器的輸出經過或門后將信號送給寄存器左移控制端，從而達到了蜂鳴器持續(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，當控制S0S1=11，實現置數后

25、，需要把S0S1同時撥到0，否則就會出現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：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碼管始終為0</p><p>　　查找方法：首先用數碼顯示管連到寄存器的四個輸出端，查看是否能置數，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，某些器件不工作（用示波器挨個查找），軟件中毒（嘗試發(fā)現重新復制到一個新的multisim中），級聯不合理等問題。</p><p>　　五、課程設計總邏輯原理圖:</p><p><b>　　六、元器件清單:</b></p>