Multisim数字时钟设计实习报告.docx

1、Multisim数字时钟设计实习报告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、MultiSi

2、m开发软件四、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、

3、子模块秒的设计：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

4、为同步十进制计数器，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Re

5、place 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

6、连入四个计数器的使能端（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

7、的，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L

8、OAD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： 清零

12、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,B,C

13、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端即可。

14、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。