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6、实验困难及解决措施…………………………16
七、心得与总结………………………………………17
电子日历
一、设计任务与要求
1.设计任务
(1)能够显示一百年内的年、月、日、星期。
(2)例如“13、12、257”,星期天显示数字“7”。
(3)具有手动校正年、月、日、星期的功能。
(4)不考虑闰年。
2.设计要求
(1)熟悉集成电路的引脚安排。
(2)掌握芯片的逻辑功能及使用方法。
(3)了解电子日历的组成及工作原理。
(4)熟悉电子日历的设计与制作。
(5)熟悉multisim电子电路设计及仿真软件的应用。
二、总体框图
由于年、月、日均为循环计数,故采用计数器实现循环计数及进位。
日计数器由三个计数器组成分别为特殊28、30、31进制计数器,月计数器为12进制。
将月的特征信号和日的特征信号分别通过相应的二输入的与非门再通过一个三输入的与门接回控制日期的74LS192芯片的置数端,从而实现平年各月份不同进制逻辑控制电路。
若时间发生错误可通过校正电路校正。
最后用数码管显示出年、月、日。
总体框图如图2-1所示。
图2-1电子日历的总体框图
三、选择器件
1.元器件清单如表3-1:
表3-1元器件清单
1
十进制计数器
74LS192
6片
2
74LS160
1片
3
四2输入与门
74LS08
4
三3输入与门
74LS11
2片
5
三3输入与非门
74LS10
6
四2输入与非门
74LS00
7
四2输入或非门
74LS02
8
六非门
74LS04
9
数码管
7个
2.元器件简介
(1)74LS192
74LS192为可置数的同步十进制双时钟加减计数器,如图3-1所示它具有上升沿有效的加计数时钟端UP和减计数时钟端DOWN;
该计数器具有异步清零端,当清零信号CLR为高电平时,实现清零功能;
该计数器还有异步置数功能,当置数信号LOAD为低电平时,实现预置数;
当计数器加计数,且计数值为9时,进位端CO输出宽度等于加计数脉冲UP的低电平脉冲;
当计数器减计数,且计数值为0时,借位端BO输出宽度等于减计数脉冲DONW的低电平脉冲。
执行加数功能时,减计数端DOWN接高低电平,计数脉冲由UP端输入;
执行减数功能时,加数端UP接高电平,计数脉冲由减数端DOWN输入。
74LS192的管脚图如图3-1所示。
图3-174LS192的管脚图
74LS192的功能表如3-2所示。
表3-274LS192功能表
输入
输出
CR
LD’
UP
DOWN
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
*
a
b
c
d
↑
加计数功能
减计数功能
(2)74LS160
74LS160为同步可预置数的4位十进制加法计数器,具有异步清除端。
它具有数据输入端A、B、C、D,以及同步置数端LOAD,异步清除端CLR和计数控制端ENT和ENP,为方便级联,设置进位输出端RCO。
逻辑符号如图3-2所示。
图3-274LS160的逻辑符号
逻辑图如图3-3所示。
图3-374LS160的逻辑图
逻辑功能表如表3-3所示。
表3-374LS160的逻辑功能表
(3)数码管
数码管按照其发光二极管的连接方式不同,可分为共阳极和共阴极两种。
共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平,而阳极分别由a、b、c、d、e、f输入信号驱动,当某个输入为高电平时,相应的发光二极管点亮;
共阳极数码管则相反,它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平,而阴极分别由a、b、c、d、e、f输入信号驱动,当某个输入为低电平时,相应的发光二极管点亮。
由于计数器输出的是8421BCD码,数码管不能直接显示成数字,为了让数码管显示人们看懂的数字,就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字,这就需要译码器的翻译。
本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。
DCD_HEX为共阴极LED数码管。
显示器引脚从左到右依次为:
4,3,2,1。
该显示包含了译码功能,所以无需专门的译码器。
符号如图3-4所示。
图3-4数码管的逻辑符号
四、功能模块
1.总体方案设计
所用计数器的性能直接决定了电子日历的功能。
通常使用的有异步、同步十进制计数器,而同步计数器又分为单时钟和双时钟两种结构。
由于74LS160具有同步置数功能,而74LS192具有异步置数功能,考虑到电子日历在置数的同时要给后一级的计数器提供脉冲,所以使用具有同步置数功能的芯片时在进位的时候会产生错误,所以要使用具有异步置数功能的芯片,综合经济因素选用同步十进制双时钟加减计数器74LS192。
2.功能模块
(1)日计数器和星期计数器
日计数器和星期计数器共用同一个时钟信号。
首先,日计数器暂时做成31进制计数器,它是由两片同步十进制双时钟加减计数器74LS192以异步级联、采用整体置数的方法组成的,如图4-1所示,两片的置数端分别置成0和1,低位芯片的进位端接高位芯片的加计数时钟端,两片的清零端要接低电平,使之无效,当计数器计到32时置数信号有效,整体置数。
其中要注意的是,74LS192芯片不用的减计数时钟端要接高电平才能使之正常工作。
其次,星期计数器是由1片74LS160构成的7进制计数器,它也是采用置数的方法构成的,然后将不用的引脚接到合适的电平上即可。
日计数器和星期计数器的电路图如图4-1所示。
图4—131进制日计数器和7进制星期计数器
(2)月计数器
月计数器的组成及工作原理同日计数器的组成和工作原理相同,此处不再赘述。
月计数器电路图如图4-2所示。
图4-212进制月计数器
(3)年计数器
为了简化电路,只设计了能显示一百年的电路,电路图如图4-3,
它是由两片同步十进制双时钟加减计数器74LS192以异步级联的方式构成的,低位芯片的进位端接高位芯片的加计数时钟端,两片的清零端要接低电平,使之无效,同样,要注意的是,74LS192芯片不用的减计数时钟端要接高电平才能使之正常工作。
年计数器的电路图如图4-3所示。
图4-3100进制年计数器
(4)调时电路
调试电路采用两个开关串联,第一个开关为统一控制开关,闭合则电路开始工作,打开则可进行调整时间。
第二个开关一段接高电平1,另一端接地,按下时则输出一个高电平,松开则变为低电平,期间产生一个下降沿,是为调整信号,每一个芯片都有独立开关,独立调整电路,可以很快捷,很方便。
加了调整电路的电路图如图4-4所示。
图4-4加了调整电路的始终电路
(5)平年各月份不同进制逻辑控制
通过二与门、五与门、非门、三输入的或门和两输入的或门将大、小月的特征信号输出,通过三与门将28、30、31日的特征信号输出,然后将月的特征信号和日的特征信号分别通过相应的二输入的与非门再通过一个三输入的与门接回控制日期的74LS192芯片的置数端。
平年各月份不同进制逻辑控制电路图如图4-5所示。
图4-5平年各月份不同进制逻辑控制电路
五、总体设计电路图
需要注意的是,在引出月的特征信号时要避免不同月份之间的干扰,尤其是二月和十二月容易相互干扰。
起初的电路图做得比较复杂,经过深入的分析和总结,将复杂的电路图最终化为较为简单的电路。
使之连线的时候更容易实现。
起初的复杂总体电路如图5-1所示。
图5-1起初的复杂总体电路图
化简后的总体设计电路图如图5-2所示。
图5-2化简后的总体设计电路图
硬件仿真电路图如图5-3所示。
5-3硬件仿真电路图
六、实验困难及解决措施
1、实现对不同天数月的控制是一个关键的问题。
解决方法:
将具有相同天数的月份通过相应的组合逻辑电路反馈到日计数器的置数端。
2、实现手动校正功能。
采用两个开关串联,第一个开关为统一控制开关,闭合则电路开始工作,打开则可进行调整时间。
第二个开关一段接高电平1,另一端接地,按下时则输出一个高电平,松开则变为低电平,期间产生一个下降沿,是为调整信号,
七、心得与总结
通过Multisim软件,可以很方便的实现计算机仿真和虚拟实验,与传统的实验方法相比,通过Multisim仿真可实现设计与实验可以同步进行,且修改电路容易,连线直观。
缺点是仿真中的虚拟实验的“时间”受仿真速度的影响,要比现实中的“时间”慢很多,因此实验中所用的“秒”脉冲信号是用交流电压源,其频率接近1khz,仿真速度才相当于现实生活中的秒。
整个过程花了我不少时间,主要是在调试时花了不少时间,其间换了不少器件,查了很多资料,有的器件在理论上可行,但在实际运行中就无法看到效果,所以调试花了我不少时间,有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。
Multisim软件有时会出问题,在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来,这就需要不断地尝试才能得出正确的答案。
在实际的操作过程中,能把理论中所学的知识灵活地运用起来,并在调试中会遇到各种各样的问题,电路的调试提高了我们解决问题的能力,学会了在设计中独立解决问题,也包括怎样去查找问题。
似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象,这个小小的课程设计让我可以熟练的操作Multisim软件,也了解了不少器件的功能的应用,也加深了对数字电路认识和理解。
整个过程都是我独立完成的,感觉很难尤其是较时功能的实现,费了很长时间,但收获不小,发现调试的过程并不是想象中的那样简单,需要耐心、仔细地分析和解决问题,可以让我的性格更加沉稳。
这样的课程设计很能培养我们的能力,让我们不再局限于书本上的知识。
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