数电课设设计并仿真自动打铃系统.docx

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数电课设设计并仿真自动打铃系统

数子电子课程实验报告

设计并仿真自动打铃系统

目      录

一、设计任务和基本要求………………………………3

二、设计方案…………………………………………3

三、单元设计…………………………………………7

四、组装、调试、记录………………………………12

五、总逻辑图…………………………………………12

六、元器件清单……………………………………14

七、改进设想………………………………………14

电子技术课程设计正文

一、课程设计任务和基本要求:

1.设计任务

采用中规模集成电路设计一个可以自动打铃的系统。

2.基本要求

（1）具有显示小时和分钟的时钟功能。

（2）具有自动打铃功能（在8：

30、9：

15、9：

25、10：

10、10：

30、11：

15、11：

25、12：

10等8个时刻打铃，铃响30秒）。

（3）当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。

（4）具有手动设置定时的功能。

（5）结构简单。

二、设计方案：

1.方案一

原理框图如2.1所示：

此方案的设计思路是，用移位寄存器事先储存八个时间点，每个时间点为十六位二进制代码，这八个时间点可依次滚动循环输出。

然后将输出的时间信号与时钟的小时和分钟信号用十六位比较器进行比较。

当寄存器中输出的时间与时钟显示的时间正好吻合时，比较器输出相等的信号，启动蜂鸣器和指示灯。

30秒后，由30秒的特征值和比较器相等的信号共同控制寄存器的使能端，使之滚动，输出下一个时间点。

以此循环，实现自动报时打铃的功能。

（详细原理见三、四、五、六部分）

此方案可任意预置八个时间点，使用范围广。

但器件相对较多，结构复杂。

2.方案二

原理框图如2.2所示：

此方案的设计思路是，通过判断下一次打铃距上一次打铃的时间间隔来报时。

这八个时间点的时间间隔依次是45、10、45、20、45、10、45分钟。

用45进制、10进制、20进制计数器来控制响铃的间隔时间。

它们的输出端接入四选一的数字选择器，数字选择器输出选中的计数器的信号。

当计数器计到45分或10分或20分钟时开启响铃系统来报时。

数字选择器的控制端用四个四位寄存器控制（如图2.3），可事先预置不同的时间间隔出现的次序。

然后依次滚动输出所需的控制信号。

首先将打铃的初始时间信号预置到比较器中，在寄存器中存入如表2.4所示代码。

当时钟信号与预置的初始信号相同时，打铃，同时开启45进制计数器，计时。

此时数字选择器的控制端为00，输出45进制计数器输出的信号。

当计时45分钟后，打铃，同时所有计数器重新计时。

寄存器的使能端S0S1=01如图2.5所示，寄存器左滚动，输出下一个代码01.数字选择器输出10进制计数器产生的信号。

这样反复重复，当寄存器输出第七个信号也就是最后一个信号后滚动到11，使能端S0S1=01，再次翻滚到00，重新循环。

此方案所需元器件比方案一少，但只能间隔固定的时间打铃，且各部分间的级联较复杂。

3.方案三：

原理框图如图2.6所示

此方案的设计思路是，用两个十六进制比较器将打铃的初始时间信号和终止时间信号分别与时钟信号做比较。

当初始信号与时钟信号相等时打铃，同时开启1000进制计数器，开始计时，分别在计时45，55，100，120，165，175，220时用这些数字的特征值控制打铃。

当最后一次打铃时，终止时间比较器控制计数器停止计时。

两个比较器和计数器的连线图如图2.7所示

图2.7方案三主要部件连线图

图2.8是初始时间为8：

30，终止时间为12：

10分的计时状态。

（a）

（b）

（c）

（d）

图2.8初始时间为8：

30，终止时间为12.10的计时状态图

三、方案一单元设计:

1.秒脉冲信号发生器

秒脉冲信号发生器由555定时器构成，该信号源的参数计算：

所以参数设为Vs=5V，F=1Hz，R1=47k，R2=47k，C=10uf，Cf=10pf。

用示波器观察发现，用555信号发生器输出的信号不是标准的数字信号，所以用74132N的施密特触发器对信号进行整合后输出。

如图3.1所示。

图3.1秒脉冲信号发生器

2.时钟

时钟的秒、分用60进制计数器计时，小时用24进制计数器计时。

然后将三个计数器级联，分别译码显示，构成一个秒分时的数字时钟。

计数器的CP由上述脉冲信号发生器提供，频率为1秒。

1）60进制计数器

六十进制计数器由两片74LS160十进制计数器构成，采用整体置数法实现。

如图3.2

所示。

首先将两片计数器以并行方式连成一个一百进制的计数器，即个位的进位输出与十位的ET、EP相连。

当十位片计数状态为Q3Q2Q1Q0=0110、个位片计数状态为Q3Q2Q1Q0=0000时，十位片Q2Q1经与门产生反馈清零信号，将两片74LS190同时置零，实现六十进制计数。

图3.2六十进制计数器

3）24进制计数器

二十四进制计数器由两片74LS160十进制计数器构成，采用整体置数法实现。

如图3.3所示。

首先将两片计数器以并行方式连成一个一百进制的计数器，当十位片计数状态为Q3Q2Q1Q0=0010、个位片计数状态为Q3Q2Q1Q0=0100时，十位片Q1、个位片Q2经G1门产生反馈清零信号，将两片74LS190同时置零，实现二十四进制计数。

图3.3二十四进制计数器

3）译码显示电路

所有计数器的译码显示均采用BCD-7段译码器。

如图3.4所示，最右端为低位

图3.4七段译码器

4）校时

当时钟出现差错时，需要校时，即对时钟信号进行校正。

校时系统采用单刀双掷开

图3.5单刀双掷开关

关实现，如图3.5所示。

单刀接计数器的ET、EP端，双刀的一端接1，另一端接下一位的进位信号。

当拨到接1端时，计数器时钟按照给定的CP独立计时，实现校正。

当拨到进位信号时，计数器只有在上位计数器进位时计数，实现计时功能。

3.八个时间的寄存

寄存器采用四位双向移位的74LS194寄存器。

在电路运行之前，先将设置好的8个固定设定时间置入移位寄存器当中如图3.6所示，在电路开始运行后，将数字钟的时、分与预置的打铃时刻在比较器中进行比较。

若电子钟的时、分与设定好的时间相等，则此时输出一个高电位，驱动蜂鸣器和灯。

之后，寄存器的数字自动跳转到下一个时间，等待下一个打铃时刻与数字钟的吻合。

首先控制S0S1=11，寄存器置数，将事先设定好的数置入寄存器中，然后控制S0S1=00，寄存器处于保持状态，等待滚动信号的来临。

当响铃信号和30秒的特征值信号来临时，S0S1=01，寄存器滚动到下一个时间点。

S0S1的控制如图3.7所示。

AB端为三十秒的特征值信号，此信号从C端输出，与D端得响铃信号相与。

然后与S0S1的共同控制端E相或。

即控制端为1时，S0S1=11，置数；控制端为0时，S0S1=00，保持，此时若响铃三十秒，S0S1=01，滚动。

图3.6八个时间的寄存电路

图3.7S0S1使能端的级联图

四、组装调试记录：

在组装和调试的过程中，出现了以下几个主要问题：

1.蜂鸣器只响一秒

查找方法：

分析级联原理

原因：

比较器的输出端直接与移位寄存器的左移控制端S1连接。

当时钟计时到打铃时刻时，蜂鸣器响，同时，比较器的输出端的高位信号使寄存器左移，打铃时刻跳转到下一时刻，因此，比较器输出低电位，则蜂鸣器只响一秒。

改进：

为使蜂鸣器的响声持续30秒，利用秒计数器中十位的“3”的特征信号，使其与比较器的输出经过或门后将信号送给寄存器左移控制端，从而达到了蜂鸣器持续发声30秒。

2.电路开始仿真时，第一个打铃时刻并不是提前预置的第一个时刻

查找方法：

分部控制、观察。

原因：

由于分别对S0S1控制，当控制S0S1=11，实现置数后，需要把S0S1同时拨到0，否则就会出现S0S1=01或S0S1=10的时刻。

这样寄存器就会左滚动或右滚动一次。

改进：

将两个控制端合并为一个控制端，减少操作的时间差。

3.在连接两个四位寄存器中数码管始终为0

查找方法：

首先用数码显示管连到寄存器的四个输出端，查看是否能置数，然后再控制观察是否能滚动。

原因：

一些连线上的错误。

4.在仿真的过程中还出现，某些器件不工作（用示波器挨个查找），软件中毒（尝试发现重新复制到一个新的multisim中），级联不合理等问题。

五、课程设计总逻辑原理图:

六、元器件清单:

型号

功能

备注

74132

施密特触发器

一片

CC14585BD

四位二进制比较器

四片

74ALS32

二输入或门

一片

74LS194

四位双向寄存器

32片

74LS00

四个2输入与非门

一片

74LS08

2输入与门

两片

74AS21

4输入与门

两片

74LS160

十进制计数器

六片

555定时器

产生时间延迟和多种脉冲信号

一片

电阻、电容

47kΩ两个2kΩ滑动变阻器一个10pf电容一个10μf电容一个

LED显示器

十块

高低逻辑电平

130个

响铃

一个

灯泡

一个

七、改进设想：