Multisim数字时钟设计实习报告.doc

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1、Multisim实习报告数字时钟设计学 院 专业班级 姓 名 学 号 年 月一、实验目的：1、 学习一个EDA电子辅助设计软件MultiSim2、 学习MultiSim的基本操作3、 熟悉MultiSim元器件库，如果是库中没有的元器件如何进行模型的添加4、 功能设计模块化二、实验内容：利用MultiSim设计出一个数字式电子表电路：功能划分： 时间功能：显示、调整 日期和星期功能：显示、调整 跑表功能：起动、停止、复位要求： 各模块要能单独调试，各自保存一个文件 在总图中各功能模块用子电路进行封装 功能按钮要复用，最多3个操作按钮三、实验设备：1、 PC机一台2、 MultiSim开发软件四

2、、总体设计思路： 数字式电子表电路总体可看成由年、月、日、星期、时、分、秒七大模块组成，每个子模块分别有显示部分和计数进位两大部分，可先分别设计这七大模块，之后再进行电路拼接、封装，并总体实现清零、停止、启动、调整功能。 其中我主要用到的元器件有74LS160同步十进制计数器芯片，主要用来实现计数及进位的功能，以及LED数码管，主要用来实现显示功能。总体的清零、启动功能则通过高、低电平选择性接到CLR端来进行实现。停止功能由高、低电平选择性接到ENP使能端来进行实现。在实现调整功能上，我使用了一个74LS153数据选择器，通过选择年、月、日来进行单步调节。五、各功能模块的设计：1、 子模块秒的

3、设计：秒模块可从059计数，即一个60进制带显示功能的计数器，所以在设计此模块时我使用了两个74LS160十进制计数器及两个LED显示元器件。 其中74LS160中的QA,QB,QC,QD端口分别接到LED元器件的1,2,3,4端口中，用来实现计数器的显示功能，将一个方波脉冲接到低位74LS160计数器的CLK端，当方波周期为1S时，可实现秒表的计时功能。低位的计数器的进位端RCO接到高位计数器的CLK端，表示当进行进位时，高位计数器计数，又注意到CLK端为低电平触发，所以在电路中加了个非门，使RCO进位端的高电平转换为低电平，这样就将两个计数器连接起来了。 因为74LS160本身即为同步十进

4、制计数器，所以低位的计数器模块我们可以不用管置数端LOAD及清零端CLR，到9后会自动进位，并重新从0开始计数，直接将他们接入高电平VCC即可，但是高位的74LS160是0-5的六进制计数器，我们需要对CLR端进行设计和使用。我采用了一个与非门（NAND2），接到QB,QC端，再接入CLR端，表示当计数器输出为0110时（即6时），CLR端为低电平，计数器清零。 这样一个从059的六十进制，带显示功能的计数器就设计好了，下图电路即为未封装的原始电路连接图。 由于其中电路有些复杂，为了电路的简介与美观，进行电路模块的封装，选中要封装的部分，选择菜单栏中的PLACE,在下拉菜单中选择Replace

5、 by Subcircuit，进行电路的封装，封装之后电路图为：其中I01端口为秒模块向分模块的进位端，从秒模块高位的CLR端引出的端口。2、 子模块分的设计及分、秒模块的连接思路：分模块和秒模块本质的设计思路是一致的，都是059的60进制计数器，只不过分模块的低位计数器中，CLK端口接秒模块高位计数器的进位端I01。下图为两模块连接并封装之后的电路图：3、 带清零、暂停功能的分、秒计时器的设计：在第二步中设计的分、秒模块并没有清零、计时功能，因为使能端和CLR端并未选择性的接高、低电平。 在设计暂停功能时，我选用了一个单刀双掷开关（SPDT），此开关一端接高电平VCC，一端接地，并将它连入四

6、个计数器的使能端（ENP,ENT），通过控制开关来进行暂停和起跑，当开关连高电平时，计数器正常工作，开关接地时计数器暂停。 清零功能的原理和暂停功能是一样的，但由于有计数器到6时清零，所以要在电路中加入一个与门，即计数器到6或者开关接地时（因为CLR为低电平触发），计数器清零。 封装后电路图如下，其中控制键为空格的单刀双掷开关实现清零功能，控制键为1的单刀双掷开光实现暂停功能，此图中电路正处在暂停阶段：下图中为正处于的清零状态下电路：分模块中高位计数器CLR端加的与门：4、 子模块时的设计，以及时分秒模块的串接：小时模块是一个023的24进制计数器，低位计数器设计思路与分和秒模块是完全相似的，

7、高位计数器唯一不同的地方就是当总体计数为0010 （2）0100（4）时，实现清零功能，封装之后电路图为： 其中封装部分电路如下图：同分、秒模块的串接，我们可以将时模块也串接到电路当中：5、 星期模块的设计，以及星期、时、分、秒模块的串接：由于星期模块是一个1-7的七进制计数器，所以只需要一个74LS160和一个LED显示元器件就可以了。但由于是从1开始循环计数，所以不能使用CLR清零端，需要利用LOAD置数端来实现。 令B,C,D端接地，A端接VCC高电平，当LOAD端送入一个低电平触发时，表示计数从置数0001重新开始。又用了一个与或门（NAND3），分别连接QA,QB,QC端，并送入LO

8、AD置数端，表示当计数为0111（7）时，置数端送入一个低电平进行触发。电路如下图所示：将星期、时、分、秒模块串接在一起，电路如下图所示：6、 子模块日、月的设计以及通过月份判断日期为31,30或28天：因为日、月模块之间有一个判断月份的问题，所以将这两个模块一起设计了。先设计月模块，这个模块是一个1-12的12进制计数器，同星期模块一样是用LOAD置数端实现的，因为是12进制计数器，所以需要两个74LS160芯片以及两个LED显示元器件，但不同的是在这里将所有计数器的CLK端统一接一个方波脉冲，将低位计数器的进位端接到高位的ENP,ENT使能端，即表示当低位计数器有进位时，高位计数器开始工作

9、计数。具体电路图如下，其中方波脉冲在日期模块下，在此电路部分截取图中没有显示，当计数器为0001（1） 0010（2）时进行置数，使用了一个NAND2： 日期模块实际是一个1-28or30or31的计数器，所以同样需要两个74LS160芯片以及两个LED显示元器件。同月份模块一样，所有计数器CLK统一接到一个方波脉冲上，通过进位端与高位计数器的使能端相连来进行计数进位功能。 比较复杂的地方是关于对月份的判断来进行28or30or31天的进制循环。在这里我是通过找规律的方法来进行实现的，先看月份模块中关于12个月的表示：1月23456789101112高位计数器QA000000000111低位计

10、数器QD000000011000低位计数器QC000111100000低位计数器QB011001100001低位计数器QA101010101010 我们可以看出，当高位计数器QA和低位计数器QD都为0时，低位计数器的QA为1的月份都是31天，当高位计数器QA和低位计数器QD当中有一个为1时，低位计数器的QA为0的月份都是31天。通过找规律，我们可以利用各种门电路的组合连接，将31天的月份选择出来。 判断日期为30天的月份时，我们可以在前面选择31天月份后加个非门，表示除了31天的月份就是30天的月份。2月这个特例可以单独挑出来，虽然2月份按照前面的思路是包含在30天循环（30进制计数器）当中，

11、但是我们单独将它拿出，做一个28天循环（28进制计数器）的电路，其优先级在30循环之前，所以不用考虑如何在判断30天的月份中排除它的问题。将这三种情况分别与其31、30、28进行置数的电路连接起来，用一个AND3连接到日期模块两个计数器的LOAD置数端，就可完成月、日模块的判断设计了。月、日模块总体电路图如下：7、 子模块年得设计： 年模块是一个099的100进制计数器，由两个74LS160芯片和两个LED显示元器件组成，设计思路同分、秒、时模块，由于两个计数器都是十进制的，所以CLR清零端和LOAD置数端直接接高电平VCC就可以了，电路如图所示：8、 年、月、日模块的拼接和清零功能的实现：

12、清零功能的实现就是在所有74LS160芯片的CLR端接出一个单刀双掷开关，一端接地，一端接高电平VCC，当开关接地时就可清零。拼接之后电路如图：其中年模块下面的连线要接入调节时间的功能模块。9、 插入调节时间功能： 为了实现此功能，我选用了一个74LS160芯片，一个74LS138芯片，一个LED显示元器件。 通过74LS160芯片的CLK端接入一个单刀双掷开关，开关一端接地一端接高电平VCC，来进行选择调节年还是月或者日，CLR端加个非门接入QC，表示从03的循环，将74LS160的QA,QB,QC,QD分别接LED的1,2,3,4，其中QA,QB,QC还要接入74LS138数据选择器的A,

13、B,C端。 我设计的LED显示为1时，可进行年份的调节，2时进行月份的调节，3时进行日期的调节，因为需要手动调节，所以又用了一个单刀双掷开关，与74LS138的Y1，Y2，Y3端进行门电路组合，表示当开关接高电平时可调节数字，之后将这三个端口分别接到年、月、日模块的CLK端口或者ENP,ENT端口即可，如果CLK或ENP,ENT端口要考虑其它模块的进位端，只需与进位端加个与门，表示当有进位或者调节的时候，计数器工作即可。 如下为年、月、日带清零、调节日期功能电路图：显示为1时，可调节年份：显示为2时 可调节月份：显示为3时，可调节日期：10、 总体的拼接：只要将年月日模块的方波脉冲换成时的进位

14、端即可。六、设计方案的比较： 在进行构思整体设计思路，选用74LS160芯片之前曾经采用过74LS90异步计数器，但由于解决不了起跑时显示乱码的问题放弃了这个方案。 在进行判断月份的电路设计上曾想过用74LS154数据选择器，这样正好12个月份一个对应一个端口，但后来发现过于繁琐又放弃了。七、调试过程中问题的处理： 1、比较常见的问题就是不能起跑，后来发现把电路重新复制粘贴一下就可以了。 2、最初在进行月模块设计上一直是从0开始计数，从0-12这样的十二进制，因为惯性思维模式，一直用CLR端来实现计数循环，后来用LOAD置数端之后，又出现了1-13的计数循环，最终发现用置数端的话要从12开始置数，不像使用CLR端时是从13清零了。八、实验心得与体会： 通过本次试验，我对数字电子技术又有了更深的了解，尤其对其中一些譬如数据选择器，同步计数器，异步计数器芯片了解更深刻了，同时对于如何设计一个电子产品的过程与步骤有了一定认识。