多功能數字鐘設計實驗

一、實驗任務

設計一多功能數字鐘并進行仿真以及PCB制版。

二、實驗要求

   1、仿真：要有7段譯碼電路

   2、要有原理圖

   3、PCB制版要求：底層單層布線，尺寸為150mm*100mm、線寬和間隔大于或等于0.4mm，焊盤D≥108mm

三、實驗內容

數字鐘設計方案基本框圖如下：

1、時的設計：

時的計數以24小時為周期，按通常的習慣，24小時計數器的計數序列為00，01，…，22，23，00，…，即當計數到23小時59分59秒時，再來一個秒脈沖，計數器就進到00時00分00秒。這樣，可利用反饋置數或反饋清零法進行二十四進制計數。

2、分、秒的設計：

分和秒計數器都是模M=60的計數器。計數規律為00，01，…，58，59，00，…。它們的個位都是十進制，而十位則是六進制。

3、譯碼顯示：

將計數器輸出的4位二進制代碼，譯碼顯示出相應的十進制數狀態，可利用譯碼顯示器和數碼管實現。

4、校時電路：

校時可用1s脈沖快速校正，也可手動產生單次脈沖慢校正至時或者分計數器。可設置變量來控制實現校正或正常計數。

四、Multisim仿真與分析

1、設計方案與模塊框圖

• 各子模塊電路設計及原理說明
  

• 振蕩器
  

    石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調整。它還具有壓電效應，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產生機械振動，有了機械振動，就會在相應的垂直面上產生電場，從而機械振動和電場互為因果，這種循環過程一直持續到晶體的機械強度限止時，才達到最后穩定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。

一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。如下圖所示。

（2）分頻器

由于振蕩器產生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分屏電路。本實驗由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產生1KHz的脈沖信號。故采用3片中規模集成電路計數器74LS160來實現，得到需要的秒脈沖信號。

秒脈沖功能的實現：

（3）計數器     

    秒脈沖信號經過6級計數器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時。“秒”“分”計數器為六十進制，小時為十二進制。

①六十進制計數

    由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數器進行累加計數，秒計數器應完成一分鐘之內秒數目的累加，并達到60秒時產生一個進位信號，所以，選用兩片74LS161組成六十進制計數器，采用反饋歸零的方法來實現六十進制計數。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是十進制。如下圖所示。

②二十四進制計數

“24翻1”小時計數器是按照“00——02——03——....——23——00——01——02——....”規律計數的，這與日常生活中的計時規律相同。計數器的狀態要發生兩次跳躍：一是計數器計到9，即個位計數器的狀態為Q03Q02Q01Q00=1001，在下一脈沖作用下計數器進入暫態1010，利用暫態的兩個1即Q03Q01使個位清零，同時向十位計數器進位使Q10=1；二是計數器計到23后，在第24個脈沖作用下個位計數器的狀態應為Q03Q02Q01Q00=0000，十位計數器的Q10=0。   

（4）譯碼器 、顯示器   

譯碼是指把給定的代碼進行翻譯的過程。計數器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。

本系統用七段發光二極管來顯示譯碼器輸出的數字.

由于MULTSIM有四腳的顯示器所以就沒用譯碼器，在用DXP做PCB時使用了譯碼器。

（5） 校時電路

當數字鐘走時出現誤差時，需要校正時間。校時電路實現對“時”“分”“秒”的校準。在電路中設有正常計時和校對位置。本實驗實現“時”“分”的校對。

對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數；在分校正時不影響秒和小時的正常計數。

校時開關

四、Protel制版

1、整體原理圖

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2、PCB

3、PCB版打印圖

六、實驗總結

通過這次數字鐘的設計仿真實驗，我對數邏里所學的知識，有了一個更加深入的了解，將學過的理論知識真正應用到實踐中去，同時讓我明白在學習理論知識的時候，我們應該更注重實踐，通過所學的知識，設計一些對我們的日常生活很有用的東西。通過這次實驗設計仿真PCB版制作，還讓我們學會了查找資料的方法，提高了我們處理分析電路，設計電路的能力。

作為工科類的學生，以后工作了難免要碰到許許多多的問題，要堅持下去，才能看到勝利的曙光。

我認為，在這學期的實驗中，不僅培養了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了PROTEL如何制版以及各種其它有關于數字電路的知識。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發現其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。

回顧起此數字電路仿真設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上沒有學到過的知識。也遇到了很多問題解決了很多問題，從不會用這兩個軟件到現在可以熟練的進行仿真并嘗試繪制PCB版。通過這次實驗使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。

Altium Designer畫的原理圖和PCB圖如下：(51hei附件中可下載工程文件)

仿真工程pcb與完整的Word格式文檔51黑下載地址：

數字鐘.zip (1.17 MB, 下載次數: 460)