数电课设电子日历Word文档格式.docx
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6.1、逻辑门的延时问题.20
6.2、实现手动校正功能。
20
七、心得与总结.20
、设计任务与要求
1.1、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。
（5）可以手动复位。
1.2、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。
、系统设计
2.1、总体框图
由于年、月、日、星期均为循环计数，故采用计数器实现循环计数及进位。
星期采用一位数码管显示的7进制（1至7）；
日计数器由两位数码管组成的31进制（0至31）计数器；
月计数器为两位数码管显示的12进制（1至12）；
年由两位数码管显示的100进制（0至99）计数器，如果发生错误可通过校正电路手动校正。
星期和日计数器采用共同脉冲，两者互不影响，日计数器满31向前进位，自身自动置为01，同时月计数器加1，月计数器满12向前进位，自身置为01，同时年计数器加1，年计数器满99自动清零。
所有电路均可以统一进行复位。
总体框图如图1所示。
图1电子日历的总体框图
2.2、系统方案的设计和选择
2.2.1、方案一
只采用74LS160芯片实现计数，优点是芯片单一，成本低，工作量小，只需要了解一个芯片的功能表，缺点是，74LS160是异步清零，同步置数，这时在日计数满31需要向月计数器进位并且自身恢复到01时造成时序的错舌L,当要求芯片计数到32再返回信号异步清零时，置数就会落后，数码管由31变为02再变为01,若都是用清零端那开始计数时日便会从00开始，而不是从01开始。
2.2.2、方案二
采用74LS160和74LS192共同实现循环计数。
74LS192是异步清零，异
步置数，这样当日计数器芯片计数到32时，返回信号同时实现清零和置数，
数码管变为01,同理，对于月计数器也是如此。
对于其他功能方案二都能
轻松实现，且电路设计相对不太复杂。
故选用方案二。
2.2.3、应用方案的具体阐述
星期、日的低位、月的低位采用74LS192循环计数，日的高位、月的高
位和年都采用74LS160循环计数，星期和日计数器同脉冲，彼此不受影响，
当星期满7后自动置数1。
在日计数器中，当低位的74LS192满9时进位端B0输出和脉冲同段的低电位，经非门反向后送给高位的74LS160的脉冲端
CLK高位进一，当日计数达到31时，低位置数为1,高位清零，数码管显示01,同时传送脉冲给月计数器，同理当月计数满12时再传送脉冲给年计
数器，不断循环。
同时加入了555定时器，给电路提供脉冲，而且也增加了复位电路和手动校时电路，实现随时统一复位和单个模块的校时。
74LS160
74LS192
电路
厂r
年数码管
kJ
月数码管
L」
■r
日数码管
LJ
r>
星期数码管
4
J
l4
JL
-i
rr
校时电路
L--«
图2应用方案系统框图
三、选择器件
3.1、元器件清单如表1
表1兀器件清单
1
十进制计数器
3片
2
4片
3
四2输入与门
74LS08
脉冲发生器
555
1片
5
三3输入与非门
74LS10
6
四2输入与非门
74LS00
7
六非门
74LS04
8
数码管
7个
3.2、元器件简介
3.2.1、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CLF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DOW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所示。
图374LS192的管脚图
74LS192的功能表如表1所示。
表274LS192功能表
输
入
岀
CR
LD」
UP
DOVN
D
c
B
A
QD
X
QB
QA
*
a
b
d
:
加计数功能
减计数功能
322、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ABCD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4所示。
-CLR.
-LOAD-
74LS160N•
图474LS160的逻辑符号
逻辑图如图5所示
p?
F3
ICiII0J■电I
wqi脫m
图574LS160的逻辑图
逻辑功能表如表3所示。
表374LS160的逻辑功能表
CIK
CLR1
LOAD'
EVP
EXT
工作状念
t
预置数
5111
保捋SIc=c）
1.]
计数
323、逻辑门
（1）逻辑门的芯片管脚图
图674LS00芯片管脚图
图774LS04芯片管脚图
图874LS10芯片管脚图
Vcc74LS08
图974LS08引脚图
（2）逻辑门真值表
Y
表474LS00真值表
C
表574LS10真值表
图674LS04真值表
表774LS08功能表
图11信号发生器
U1
DCD_H：
图10数码管的逻辑符号
324、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_HE七段发光二极管译码显示器。
DCD_HE为共阴极LED
数码管。
显示器引脚从左到右依次为:
所以无需专门的译码器。
符号如图6所示。
四、功能模块
4.1、脉冲模块
4.1.1、CP端脉冲（1KHZ
图12信号发生器波形
4.1.2、计秒脉冲
555定时器简介：
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为2/3Vcc,A2的同相输入端的电压为1/3VCC,若触发输入端TR的电压小于1/3VCC,则比较器A2的输出为1,可使RS触发置1。
，使输出端OUT为1。
如果阈值输入端TH的电压大于2/3Vcc，同时TR电压大于1/3Vcc，则A1输出为1,,A2输出为0,,可将RS触发器置0,可使输出为0电平。
下图为555定时器内部结构与引脚图：
图13内部结构图
图14引脚图
设计说明:
本设计是电子日历，理应每过24小时，日计数器和星期计数器增1,
但是，考虑到那样时间太长，不能观察到月和年计数器能否正常工作，所以我们在设计的时候是采用的555定时器设计的一个脉冲产生源，占空比约为50%它产生的频率F约为2HZ然后通过计数器就能控制数码管自增1的时间间隔约为0.5S，这样就能让人清楚的看到数码管的变化
设计计算公式（对应右图15）:
QVcc
高电平时间：
tHg+RjC
Rl.
R2
低电平时间：
tpLgC
30K^
12K-wv—
i.
—oV□
占空比：
D_tphR2
1
tph^tplR1+2R2
Cl
设计最后图形如右图
16所示：
12uF_
_10nF_
高电平时间
tph=250.0ms
低电平时间
tpl=213.9ms
图
15555定时器电路图
占空比
D=53.8%
频率F=2.158
图16555脉冲发生器电路图
相庚I
0DQOV
M-B
C3CC■■/
|Y/TA4d|盼|A/B]
H*|*l
TZ*0
T2-T1
二时g=__玄I瞳|IDOmajDiv
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12T7$
通谓A
i-itllB
厂融安
捌應|SQOmVTDrv
刻废|5V/DW
沿r^_kj
vfcS[o
水平p
AC|0|
DC灯
AC|0]DC-|
内i无i自药r
图17555脉冲发生器仿真图
4.2、复位电路
为了能够实现所有计数器复位，避免错误发生时只能使用总开关的弊
端，特设计了复位电路，实现随时手动复位，如图18所示从复位电路接出
一端和清零信号一起接入与门，再送给清零端，当开关按下后与门输出低电位，清零端有效，电路实现清零，正常工作时，复位电路输出高电位，被屏蔽。
图18复位电路图
4.3、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，日计数器做成31
进制计数器，它的低位由74LS192高位由74LS160组成，采用异步级联、采用整体置数的方法组成的，如图19所示，74LS192的置数端置0时有效，清零端接电源始终无效，且192是双十钟十进制，满十自动清零，并且传输进位信号给高位芯片的加计数时钟端，当计数器计到32时低位芯片的置数
端有效，高位芯片的清零端有效。
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。
而且当低位数码管显示由8变成9时，进位端便会输出低电平，发生时序错乱，需要在进位端先接一个非门，在和时钟脉冲共接而输入与门，方可传送进位脉冲给高位的时钟端。
其次，星期计数器是由1片74LS192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。
另外分别加入了手动校
时电路，当断开开关A时，计数脉冲停止，此时按自动恢复开关1可调节星期计数，按开关2可调日计数。
图1931进制日计数器和7进制星期计数器
4.4、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。
另外不同之处是，当需要手动调节月计数时，需要先将C开关打开，然后按动3即可，正常工作时保持C开关时闭合的。
日计数器电路图如图20所示。
图2012进制月计数器
4.5、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22所示,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。
校时原理和月计数器相同。
年计数器的电路图如图21所示。
D匚口HEXYELLOW
<
J13
U14
DCDHEXYELLOW
U21
E\
74LS1G0N
r4LS1EDN
图2112进制年计数器
ANU?
五、总体电路图
5.1、仿真图
设计是需要注意的是逻辑门的延时，比如在日计数器中，理想是接一个三输入的与非门，在计数到32时，返回清零置位脉冲，实现异步清零置数，然而，会出现计数到20时返回清零置数信号，只就是在高位的数码管由0001变为0010时，两个1有一瞬间同时存在，这就造成20时产生清零置数脉冲，解决方法是在高位数码管的低两位分别和时钟信号接入二输入的与门，再连
接到二输入的与门，最后和低位数码管的B端子连接到一个二输入的与非门，输出连接到和复位电路一起连接到160的清零和192的置数端。
整体仿真电路图如图22所示。
图22整体仿真电路图
5.2、硬件电路图
实体硬件电路图搭接的是100进制计数器，采用两片74LS160计数，两
位数码管显示。
可以实现手动的校时和随时复位，
硬件仿真电路图如图23所示。
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打开开关后，电路正常工作，数码管从00开始，显示100以内数，拨
动开关，可实现手动清零复位的功能，切断脉冲，可以手动置数。
如图25.o
=三==巨=三」-
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图24手动置数
六、实验困难及解决措施
6.1、逻辑门的延时问题
数码管能否正常显示出月份12月后再回到01月和日期31后正常跳变到01，并且向月份进位。
比如在日计数器中，理想是接一个三输入的与非门，在计数到32时，返回清零置位脉冲，实现异步清零置数，然而，会出现计数到20时返回清零置数信号，只就是在高位的数码管由0001变为0010时，两个1有一瞬间同时存在，这就造成20时产生清零置数脉冲，
在需要需要检测的数码管的端子和与非门之间加上一个二输入的与门，如想要正常显示日期31后返回到01并进位，解决方法是在高位数码管的低两位分别和时钟信号接入二输入的与门，再连接到二输入的与门，最后和低位数码管的B端子连接到一个二输入的与非门，输出连接到和复位电路一起连接到160的清零和192的置数端。
解决方法：
在芯片的脉冲端接入一个电源，中间用开关控制通断，开关采用自动复位开关（及当外力消失后自动弹起），为防止电流过大再串联一个电阻。
断开脉冲，按动此开关，会产生一个上升沿脉冲，送给芯片CLK端，即可实现手动调时功能。
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。
在整个过程我用心连接，主要是在调试时花了较多时间，其间更换了不少方案和器件，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，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，感觉很难尤其是延时问题的的解决,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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