Multisim数字时钟设计实习报告文档.doc

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1、 课 程 设 计 报 告专 业 班 级课题程目专 业 课 程 设 计基 于 Mul t i si m的 数 字 电 子 钟的 设 计 与 仿 真学号学 生 姓 名 设计任务：设计一个具有时、分、秒的十进制数字显示的数字电子钟。设计要求：根据仿真电路的设计要求，该电路应满足一下功能：1.具有时、分、秒的十进制数字显示的计时器。2.具有手动校时、校分的功能。3.通过开关能实现小时的十二进制和二十四进制转换。基于Multisim的数字电子钟的设计与仿真 摘要：钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大的扩展了原先钟表的报时。诸如，定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制等，这些，都是以钟表数字

2、化为基础的。功能数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒、计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。从原理上讲，数字钟是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字电子钟，而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使 用方法。通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。通过仿真过程也进一步学会了Multisim 10的使用方法与注意事项。本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输

3、出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出。由于集成电路技术的发展，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。关键词：数字钟，振荡器，计数器，仿真 目录1.设计目的.11.1、课题背景和意义 .11.2、数字电子时钟发展趋势 .12.总体设计方案.22.1、设计目标 .12.2、课题方案的选定 .13电路组成介绍.73.1、电路的设计流程 .73.2、电路组成 .3、脉冲形成电路.3、分频电路.4、60进制计数器及显示电路 .4、24进制计数器及显示电路 .4、时间设置电路. 54.电路设计总图及工作原理.54.1、电路设计总图 .64.2、工作原理 .65.电路的仿

4、真测试.7总结.8致谢.8 参考文献.9附录 电路总图.10 1.设计目的1.1、课题背景和意义时间对于人们来说总是那么的宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人们忘记当前的时间。于是，20世纪末，,电子技术有了飞快地发展，不仅在通信技术上用数字信号替代模拟信号，数字时钟相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉，它不仅可以同时显示时、分和秒。数字时钟具有走时精确，方便简单等优点。对于 Multisim10软件进行数字时钟的设计和仿真。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动、无需人的经常调等

5、整优点。数字钟的设计涉及到模拟电子与数字电子技术，其中绝大部分是数字部分、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、编码器Multisim10.0作为一种高效的设计与仿真平台。其强大的虚拟仪器库和软件仿真功能，为电路设计提供了先进的设计理念和方法。、译码器显示等基本原理。现在主要用各种芯片实现其功能，更加方便和准确。数字电子产品的发展不仅是人类文明进步的标志，同时也是科技创新的必然要求。对推动社会的进步起着不可磨灭的作用，而电子时钟作为一种普遍的电子产品，更是人们生活所不可缺少的。任何精密的仪器都必须依赖时间的计量才会拥有其存在的价值。由此可知，对于电子产品的研究与设计就变得是

6、那样的必不可少，这是创新精神的要求，也是时代赋予我们的一份责任。因此，此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法。数字电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。作数字钟，而通过仿真过程也进一步学会了Multisim 10的使用方法与注意事项。1.2、数字电子时钟发展趋势数字电子钟能经振荡器、计数器和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的 方式显示出来，并且需要校正电路使其准确工作，还可以有定时和报时功能。数字电子产品的发展不仅是人类文明进步的标志，同时也是科技创新的必

7、然要求。对推动社会的进步起着不可磨灭的作用，而电子时钟作为一种普遍的电子产品，更是人们生活所不可缺少的。任何精密的仪器都必须依赖时间的计量才会拥有其存在的价值。由此可知，对于电子产品的研究与设计就变得是那样的必不可少，这是创新精神的要求，也是时代赋予我们的一份责任。研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。2.总体设计方案2.1、设计目标1.具有时、分、秒的十进制数字显示的计时器。2.具有手动校时、校分的功能。3.通过开关能实现小时的十二进制和二十四进制转换。4.进一步掌握数字电子技术课程所学的理论知识，并熟练加以应用。在以前所学的知识的基础上提高分析问题，解决问题的能力。5.扩展功能：具有

8、开机清零功能。2.2、课题方案的选定由于集成电路技术的发展，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。此次设计的数字时钟电子电路分为以下 6 个部分：（1）振荡电路（2）分频电路（3）两个 60 进制分秒计数器（4）一个 24 进制小时计数器（5）6个数字显示器（6）时间设置电路。电路工作时由 555振荡器产生频率为 1000HZ 的脉冲，经由三个 74LS90D构成的千分频的分频器得到频率为1HZ的脉冲，脉冲输入计数电路(分秒由60进制计数电路计数，小时由 24 进制计数电路计数),然后将相应数字显示到数字显示器上即所要显示的时间。另 外，时钟的时间设置可以通过三个

9、与单刀双掷开关相连的时钟信号发生器来实现。3.电路组成介绍3.1、电路的设计流程时显示器时计数器分显示器秒显示器分计数器秒计数器时间设置电路分频器脉冲形成电路图3.1数字钟电路框图3.2、电路组成、脉冲形成电路 脉冲形成电路为555计时器组成的振荡电路。考虑到时钟对精度要求较高，故在时钟电路中由555振荡电路产生频率为1KHz的脉冲信号，然后经过千分频的分频器分频产生1Hz脉冲。555 振荡器的参数确定：T=0.7(R1+R2)C=1ms，f=1/t=1KHZ，故可令R1=5k,R2=5K,C=100nF。图3.2脉冲形成电路、分频电路分频电路是三个用十进制计数器74LS90串联而成的千分频的

10、分频器。（计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时等）。分频原理是在74LS90的输出端子中，从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲，这样一片74LS90就可以起十分频的作用，三个74LS90串联就构成了千分频的电路，输出的便是1HZ的标准脉冲信号。 图3.3分频电路、60进制计数器及显示电路在数字时钟电路中，分与秒的计数电路是由两个74LS90D组成的60进制的计数电路实现的。74LS90D是十进制同步减计数器，可以用作多进制计数器，具有异步清零功能。在下图中，U9是十进制计数器，U9的QD作为十进制的进位信号，74ls90计数器是十进制异步计数器，用反馈归零的方法实现十进制计

11、数，U8和与非门构成六进制，其中与非门输出进位信号。在第一片74LS90D构成的十进制计数器中，当第十个脉冲来到时，此时它的四级触发器的状态为1001，这时他就会自动清零，同时给第二片74LS90D 构成的六进制计数器进一，第六个脉冲进位到来时，此时第二片触发器的状态为0110。QB、QC均为高电平，QB与RO1相连，QC与RO2相连，就会进行异步清零，如此循环构成了60进制计数器。 图3.4 分秒计时电路、24进制计数器及显示电路在数字时钟电路中，小时的计数电路是由两个74LS90D 组成的24 进制的计数电路实现的。由于 74LS90D 芯片清零是由两个清零端控制的，所以当第 24 个脉冲

12、到来时，右边74LS90D芯片QC为高电平，左边74LS90D芯片的QB为高电平，让右边74LS90D芯片的QC与两片芯片的RO1相连，让左边74LS90D芯片的QB与两片芯片的RO2相连，当第24个脉冲到来时就会进行异步清零，如下图所示，计数电路由U16 和 U6 俩部分组成。当时个位U6计数为4，U16计数为2时，两片74ls90复零，从而构成24进制计数。图3.5时计时电路、时间设置电路时间设置电路由一个单刀双掷开关与一个脉冲计数器组成。用单刀双掷开关切换计数功能与调时功能，另一端接计数器的脉冲输入端，开关置于函数发生器这一端便可以校时，置于计数器的进位端便是计时。不校正时间时开关都应打

13、在与非门的那一端，校时时可用 键盘操作改变开关的状态。如此，在时钟运行前及正在运行的过程中均可实现调时功能。时间设置线路图如下所示（双掷开关左打调时，右打计数）：图3.6时间设置电路 4电路设计总图及工作原理4.1、电路设计总图 图4.1总电路图4.2、工作原理数字时钟电路由555振荡发生器、分频器、两个60进制分秒计数器、一个24进制小时计数器以及6个数字显示器组成。电路工作时由555振荡器产生频率为 1000HZ的脉冲，经由三个 74LS90D 构成的千分频的分频器得到频率为 1HZ 的脉冲，脉冲输入计数电路(分秒由60进制计数电路计数，小时由24进制计数电路计数),然后将相应数字显示到数

14、字显示器上即所要显示的时间。另外，时钟的时间设置可以通过三个与单刀双掷开关相连的时钟信号发生器来实现。5.电路的仿真测试 图5.1 555振荡器产生的脉冲 图5.2 经过分频器产生的脉冲 图5.3时钟正确显示04:03:59 图5.4时钟正确显示05:12:16 图5.5时钟正确显示21:42:47 经测试得知所设计的数字时钟电路能够成功的实现时钟的计时功能，而且能够成功的对所设计的时钟进行调时（调时顺序按三个双掷开关从左到右）。仿真结果符合预定要求。总结 通过此次Multisim仿真设计，利用书本上学过的数字电路知识，运用到仿真的电路设计当中去，能够充分调动自己一些在课堂上所没有的积极性。在

15、这一段时间里，我们先是学习了Multisim的运用，在了解了软件的运用之后，开始构思我的仿真设计。我开始尝试着此题目的仿真。经过几次尝试后，有成功也有失败。设计的过程中，也并不是一帆风顺，遇到了很多问题。在遇到问题的时候，我通过查阅资料、上网搜索以及和同学探讨，最终能很好的把问题解决了。这次仿真设计是我们综合能力的一次大考验，以前我只是专注于课本知识，忽略了动手实践的重要性。然这而次仿真设计很好的将知识和实践结合，不动手设计的能力。仅使我的专业只是得到了深化，而且还提高了我的经过这次Multisim 的仿真设计，我得到了一1.利用网络这个信息汇集的领域，通过检索、阅读，提高自己阅片工作原理的认

16、识得到提升，把原本书本上抽象转化为具体中去；3.在查阅芯片功能的同时可以了解另外具有相似功能的芯片，增加对芯片认识的4.对设计电路的趣味性有很提高，激发自己的动手的积极性；下收获：读文献的本领；2.在仿真过程中对芯范围；大的事实上，只有通过自己亲力亲为的去解决，才能体会到成功是的那份收获时的喜悦，从这次课程设计中，我深切的体会自己动手创造出来的劳动成果才是可贵的，不仅如此，在参与动手的过程中会有很多意想不到的收获。致谢 在本次课题设计过程中，陈琦老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予外在学习中,老师细心指引与教导,使我得以最终完成课题设计，在此表示衷心的感谢。此 严谨的治学态度、丰富

17、渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。另外在完成课题设计的过程中，还得到众多朋友的关心支持和帮助，在此，谨向老师同学和朋友致以衷心的感谢和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的老师表示感谢。参考文献 1 康华光.电子技术基础(数字部分)M.第四版.北京:高等教育出版,1999.249-2592 谢自美.电子线路设计.实验.测试.第三版M武昌俞家山：华中科技大学出版社，2006.235-2383臧春华.电子线路设计与应用M北京.高等教育出版社,2004.175-1784梁德厚.数字电子技术及应用M北京.机械

18、工业出版社,2005.178-1825郭锁利.基于Multisim 9 的电子系统设计、仿真与综合应用M北京.人民邮电出版社,2008.235-2476陈大钦.电子技术基础实验.第二版.M.北京.高等教育出版社,2000.288-2907 康华光.电子技术基础(模拟部分)M.第四版.北京:高等教育出版,1999.452-4558黄继昌,数字集成电路应用300例M，人民邮电出版社，2004.05.9彭介华等主编,电子技术课程设计指导M，高等教育出版社，2002.03.10罗映祥，Multisim电路仿真软件在差分电路分析中的应用J.电脑知识与技术，2008 （01）,161-167.11甘庆玉，Multisim10.0在电子秒表实训教学中的仿真应用J.广西轻工业，2009（8），98-107.附录 电路总图