Multisim数字时钟设计实习报告Word文档格式.docx
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号
年月
一、实验目的:
1、学习一个EDA电子辅助设计软件-MultiSim
2、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:
–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、MultiSim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、子模块秒的设计:
秒模块可从0—59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0—59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ReplacebySubcircuit,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0—59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0—23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LOAD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
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
高位计数器QA
1
低位计数器QD
低位计数器QC
低位计数器QB
低位计数器QA
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,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0—99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0—3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。
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。
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- Multisim 数字 时钟 设计 实习 报告
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