多功能數(shù)字鐘設(shè)計實驗

一、實驗任務(wù)

設(shè)計一多功能數(shù)字鐘并進(jìn)行仿真以及PCB制版。

二、實驗要求

   1、仿真：要有7段譯碼電路

   2、要有原理圖

   3、PCB制版要求：底層單層布線，尺寸為150mm*100mm、線寬和間隔大于或等于0.4mm，焊盤D≥108mm

三、實驗內(nèi)容

數(shù)字鐘設(shè)計方案基本框圖如下：

1、時的設(shè)計：

時的計數(shù)以24小時為周期，按通常的習(xí)慣，24小時計數(shù)器的計數(shù)序列為00，01，…，22，23，00，…，即當(dāng)計數(shù)到23小時59分59秒時，再來一個秒脈沖，計數(shù)器就進(jìn)到00時00分00秒。這樣，可利用反饋置數(shù)或反饋清零法進(jìn)行二十四進(jìn)制計數(shù)。

2、分、秒的設(shè)計：

分和秒計數(shù)器都是模M=60的計數(shù)器。計數(shù)規(guī)律為00，01，…，58，59，00，…。它們的個位都是十進(jìn)制，而十位則是六進(jìn)制。

3、譯碼顯示：

將計數(shù)器輸出的4位二進(jìn)制代碼，譯碼顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)狀態(tài)，可利用譯碼顯示器和數(shù)碼管實現(xiàn)。

4、校時電路：

校時可用1s脈沖快速校正，也可手動產(chǎn)生單次脈沖慢校正至?xí)r或者分計數(shù)器�？稍O(shè)置變量來控制實現(xiàn)校正或正常計數(shù)。

四、Multisim仿真與分析

1、設(shè)計方案與模塊框圖

• 各子模塊電路設(shè)計及原理說明
  

• 振蕩器
  

    石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動，有了機(jī)械振動，就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機(jī)械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限止時，才達(dá)到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。

一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。如下圖所示。

（2）分頻器

由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分屏電路。本實驗由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖信號。故采用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號。

秒脈沖功能的實現(xiàn)：

（3）計數(shù)器     

    秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時�！懊搿薄胺帧庇嫈�(shù)器為六十進(jìn)制，小時為十二進(jìn)制。

①六十進(jìn)制計數(shù)

    由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進(jìn)行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號，所以，選用兩片74LS161組成六十進(jìn)制計數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實現(xiàn)六十進(jìn)制計數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個位是十進(jìn)制。如下圖所示。

②二十四進(jìn)制計數(shù)

“24翻1”小時計數(shù)器是按照“00——02——03——....——23——00——01——02——....”規(guī)律計數(shù)的，這與日常生活中的計時規(guī)律相同。計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為Q03Q02Q01Q00=1001，在下一脈沖作用下計數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即Q03Q01使個位清零，同時向十位計數(shù)器進(jìn)位使Q10=1；二是計數(shù)器計到23后，在第24個脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為Q03Q02Q01Q00=0000，十位計數(shù)器的Q10=0。   

（4）譯碼器 、顯示器   

譯碼是指把給定的代碼進(jìn)行翻譯的過程。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。

本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字.

由于MULTSIM有四腳的顯示器所以就沒用譯碼器，在用DXP做PCB時使用了譯碼器。

（5） 校時電路

當(dāng)數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)“時”“分”的校對。

對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。

校時開關(guān)

四、Protel制版

1、整體原理圖

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2、PCB

3、PCB版打印圖

六、實驗總結(jié)

通過這次數(shù)字鐘的設(shè)計仿真實驗，我對數(shù)邏里所學(xué)的知識，有了一個更加深入的了解，將學(xué)過的理論知識真正應(yīng)用到實踐中去，同時讓我明白在學(xué)習(xí)理論知識的時候，我們應(yīng)該更注重實踐，通過所學(xué)的知識，設(shè)計一些對我們的日常生活很有用的東西。通過這次實驗設(shè)計仿真PCB版制作，還讓我們學(xué)會了查找資料的方法，提高了我們處理分析電路，設(shè)計電路的能力。

作為工科類的學(xué)生，以后工作了難免要碰到許許多多的問題，要堅持下去，才能看到勝利的曙光。

我認(rèn)為，在這學(xué)期的實驗中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學(xué)會了PROTEL如何制版以及各種其它有關(guān)于數(shù)字電路的知識。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。

回顧起此數(shù)字電路仿真設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的知識。也遇到了很多問題解決了很多問題，從不會用這兩個軟件到現(xiàn)在可以熟練的進(jìn)行仿真并嘗試?yán)L制PCB版。通過這次實驗使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。

Altium Designer畫的原理圖和PCB圖如下：(51hei附件中可下載工程文件)

仿真工程pcb與完整的Word格式文檔51黑下載地址：

數(shù)字鐘.zip (1.17 MB, 下載次數(shù): 460)