数字电路仿真实训实验报告.docx
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数字电路仿真实训实验报告
课程设计（大作业）报告
课程名称：
数字电子技术课程设计
设计题目：
多功能数字时钟的设计、仿真
院系：
信息技术学院
班级：
二班
设计者：
张三
学号：
79523
指导教师：
张延
设计时间：
2011年12月19日至12月23日
信息技术学院
昆明学院课程设计（大作业）任务书
姓名：
xx院（系）：
信息技术学院
专业：
计算机科学与技术学号：
xx
任务起止日期：
2011年12月19日至12月23日
课程设计题目：
多功能数字钟的设计、仿真
课程设计要求：
1．设计一个数字时钟，具有“秒”、“分”、“时”计时和显示功能，小时以24小时计时制计时；
2．具有校时功能，能够对“分”、“时”进行调整；
3.能够进行整点报时，报时规则为：
在59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响持续1s。
工作计划及安排：
1.周一：
安排工作计划，并了解基本实践要求。
2.周二：
细化实践内容，初步了解数字时钟的工作原理，把握设计思路，开始着手相关资料的查阅。
3.周三：
学习proteus仿真软件的相关使用，会利用其构成复杂电路，并进行仿真，实现需要的仿真电路效果，在proteus仿真软件中完成555定时器电路。
4.周四：
在proteus仿真软件中完成多功能数字时钟的基本电路，仿真效果要与实际构想一致；完成多功能数字时钟的扩展功能，如整点报时等等。
5.完成实验报告。
指导教师签字
年月日
课程设计（大作业）成绩
学号：
xx姓名：
xxx指导教师：
xx
课程设计题目：
多功能数字时钟的设计、仿真
总结：
通过这次实验，掌握关于多功能数字时钟的工作原理，掌握基本逻辑们电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等方面已经学过的知识，并能够将这些熟练应用于实际问题中，我认真的动手学习了数字时钟的基本原理，从实际中再次熟悉了关于本学期数字电路课程中学习的知识，更重要的是熟练掌握了关于proteus软件的使用，收获颇多，增强了自己的工程实践能力。
在使用proteus软件的过程中，遇到一些问题，都在老师的帮助下都一一解决了，最终已经能够熟练的运用该仿真软件了。
指导教师评语：
成绩：
填表时间：
指导教师签名：
一、设计目的
为了熟悉数字电路课程,学习proteus软件的使用，能够熟练用它进行数字电路的仿真设计，以及锻炼我们平时独立思考、善于动手操作的能力，培养应对问题的实战能力，提高实验技能，熟悉复杂数字电路的安装、测试方法，掌握关于多功能数字时钟的工作原理，掌握基本逻辑们电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等方面已经学过的知识，并能够将这些熟练应用于实际问题中，我认真的动手学习了数字时钟的基本原理，从实际中再次熟悉了关于本学期数字电路课程中学习的知识，更重要的是熟练掌握了关于proteus软件的使用，收获颇多，增强了自己的工程实践能力。
另外，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
数字钟从原理上讲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，我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。
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实用方法。
且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。
通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
二、设计要求和设计指标
设计一个数字时钟，具有“秒”、“分”、“时”计时和显示功能。
小时以24小时计时制计时；具有校时功能，能够对“分”、“时”进行调整；能够进行整点报时，报时规则为：
在59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响持续1s。
三、设计内容
3.1数字钟电路工作原理
3.1.1总体设计
数字时钟基本电路设计图如下图：
图一总体设计图样
其基本电路完成“秒”、“分”、“时”计时和显示功能，实现校时功能，同时具有整点报时功能，能够对“分”、“时”进行调整；能够进行整点报时，报时规则为：
在59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响时间持续1s。
3.1.2模块1设计
图二模块一设计图样
该模块由秒信号发生器、分秒计数器、时计数器、校时电路构成。
图三秒信号发生器图样
秒信号发生器可采用555定时器构成的多谐振荡器产生1kHz信号，经过1000分频的到；也可通过频率为32768Hz的晶振、阻容元件和门电路构成输出信号频率为32768Hz的晶体振荡器，再经过分频得到。
图四分秒计数器电路
分秒计数器为模60的计数器。
图五时钟计数器模块电路
时计数器是一个24小时制得计数器，当数字钟运行到23h59min59s时，秒的个位计数器输入一个秒脉冲，数字钟应自动显示出00h00min00s。
图六校时开关模块电路
使用数字钟，当数字钟计时出现误差时，必须对时间进行校时，校时是数字钟的基本功能，一般要求能对对时和分分别进行校对。
其中，S1为分校时开关，S2为时校时开关，校时脉冲可采用2.5Hz的脉冲信号，校时电路考虑到校时开关的抖动现象，电容器C1、C2可用于部分消除抖动，如果仍不能达到很好的效果，可用基本RS触发器构成消除抖动开关。
3.1.3模块2设计
图七整点报时模块电路
采用每到59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响持续1s。
其逻辑电路原理如下图分析所示：
表一：
整点报时秒个位计数器的状态
CP\S
Q3
Q2
Q1
Q0
功能
50
0
0
0
0
51
0
0
0
1
发低音
52
0
0
1
0
停
53
0
0
1
1
发低音
54
0
1
0
0
停
55
0
1
0
1
发低音
56
0
1
1
0
停
57
0
1
1
1
发低音
58
1
0
0
0
停
59
1
0
0
1
发高音
00
0
0
0
0
停
3.2主要辅助软件选择
软件：
proteus仿真软件。
3.3仿真结果与分析
3.3.1校时的仿真效果
校时的仿真效果：
利用“分”、“时”校时将仿真时间调到当前时间。
仿真的效果正确，如下图所示：
图八数字电子时钟校时的仿真效果图
3.3.2报时的仿真效果
报时的仿真效果：
将数字时钟的“分”调到59，并且当数字时钟的“秒”自动跳到51秒、53秒、55秒、57秒时开始500Hz低音报时，当数字时钟的“秒”走到59时，有一个维持一秒的1kHz高音报时。
效果明显，但不便展示。
图九数字电子时钟报时的仿真效果图
3.3.3示波器的波形显示效果
图十proteus仿真软件中示波器的波形显示
3.3.4仿真软件中用到的器件
仿真软件中用到的元器件等：
LED数码显示器采用DISPLAY库中的7SEG-COM-CATHODE;按键开关才用ACTIVE中的BUTTON;74系列数字集成电路采用74LS库中的同名器件；电阻采用DEVICE中库中的RES；电容采用DEVICE库中的CAP;电位器采用ACTIVE库中的POT-HG;555定时器采用ANALOG库中的555；压电式无源蜂鸣器用ACTIVE库中的SOUNDER;晶体管采用BIPOLAR中库中的2N2222。
四、本设计改进建议
4.1数字时钟还存在哪些不足？
该设计在一定程度上满足了设计预想中要实现的功能，但是现代生活中科技日益发展，人们生活需求有了很大程度上的变化，要求越来越高，以上的设计一些功能还不够完善。
比如人们往往需要日期，这就需要设计一个能够实现闰年与平年、大月与小月判定电路，要完善该功能还需要很复杂的电路。
另外，人们还需要闹钟功能，要求高一点的可能还会设置贪睡次数，在第一次闹钟响过以后出现每间隔规定的时间再次叫响。
另外，可能会存在一定的不精确性，这就需要对电路器件的优化。
五、总结（感想和心得等）
通过这次实验，掌握关于多功能数字时钟的工作原理，掌握基本逻辑们电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等方面已经学过的知识，并能够将这些熟练应用于实际问题中，我认真的动手学习了数字时钟的基本原理，从实际中再次熟悉了关于本学期数字电路课程中学习的知识，更重要的是熟练掌握了关于proteus软件的使用，收获颇多，增强了自己的工程实践能力。
在使用proteus软件的过程中，遇到一些问题，都在老师的帮助下都一一解决了，最终已经能够熟练的运用该软件仿真了。
六、主要参考文献
[1]《数字逻辑应用与设计》byJ.M.Yarbrough机械工业出版社（中文版）（英文版
[2]《DigitalLogicCircuitAnalysis&Design》byN.P.Nelson清华大学出版社
[3]《数字电路电子技术》阎石
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