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1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 多功能数字钟的设计仿真与制作 初始条件：利用集成译码器、计数器、定时器、数码管、脉冲发生器和必要的门电路等数字器件实现系统设计。（也可以使用单片机系统设计实现）要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周内完成对多功能数字钟的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。具有60进制和24进制（或12进制）计数功能，秒、分为60进制计数，时为24进制（
2、或12进制）计数。有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排： 1)第1-2天，查阅相关资料，学习设计原理。 2)第3-4天， 方案选择和电路设计仿真。 3)第4-5天， 电路调试和设计说明书撰写。 4)第6天上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（
3、或责任教师）签名： 年 月 日目 录第一章 绪论31.1 设计任务与要求31.2 方案设计与论证3第二章 仿真软件介绍52.1 Multisim 11简介52.2 Multisim的特点52.3 如何用Multisim输入并编辑电路62.3.1 设置Multisim的通用环境变量62.3.2 取用元器件72.3.3 将元器件连接成电路7第三章 多功能数字钟单元电路的设计83.1 数字时钟的译码显示电路83.2 计数器电路93.3 校时电路113.4 1Hz标准脉冲发生器123.5 整点报时电路143.6 闹钟电路14第四章 多功能数字钟的仿真164.1 多功能数字钟的仿真设置164.2 仿真结
4、果分析184.3 仿真过程中发现的问题19心得体会20参考文献2224多功能数字钟的设计仿真与制作第一章 绪论1.1 设计任务与要求设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。具有60进制和24进制（或12进制）计数功能，秒、分为60进制计数，时为24进制（或12进制）计数。有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。1.2 方案设计与论证该设计主要由以下几部分组成:震荡器、分频器
5、、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管、时间校准电路、整点报时电路还有闹钟电路。数字钟数字显示部分，采用译码与二极管串联电路，将译码器、七段数码管连接起来，组成十进制数码显示电路，即时钟显示。要完成显示需要6个数码管，七段的数码管需要译码器才能正常显示，然后要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器，在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随意调整。60进制可能由10进制和6进制的计数器串联而成，频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由555定时来产生脉冲并分频为1Hz。计数器的输出分别经译码器送倒显示器显示。计时出现
6、误差时,可以用校时电路校时、校分。整点报时电路利用逻辑门，使当各译码器输出满足整点时，蜂鸣器导通。闹钟电路通过比较器比较当前时间与设计的闹钟时间，相等时同样蜂鸣器导通。图1.2.1即为本次课程设计的总体设计框图图1.2.1总体设计框图第二章 仿真软件介绍2.1 Multisim 11简介Multisim 11 是美国NI公司最近推出的电子线路仿真软件的最新版本。Multisim 11 用软件的方法虚拟电子与电工元器件以及电子与电工仪器和仪表，通过软件将元器件和仪器集合为一体。它是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。Multisim 11 的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用。同时
7、可以新建或扩展已有的元器件库，建库所需元器件参数可从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可很方便地在工程设计中使用。Multisim 11的虚拟测试仪器表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源等等；还有一般实验室少有或者没有的仪器，如波特图仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪, 安捷伦多用表，安捷伦示波器、以及泰克示波器等。Multisim 11具有详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析、稳态分析等各种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。它还可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接
8、口电路等。Multisim 11具有强大的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能说明。Help中这种元器件功能说明有利于使用Multisim 11进行CAI教学。利用Multisim 11可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可以方便地对电路参数进行测试和分析；可以直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，
9、实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。2.2 Multisim的特点 (1)直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库， 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得
10、元件模型的扩充和更新服务。(3)丰富的测试仪器： 除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。(4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计
11、要求。2.3 如何用Multisim输入并编辑电路输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来,为分析和仿真做准备。2.3.1 设置Multisim的通用环境变量为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单Option/Preferences打开Preferences对话窗口。通过该窗口的6个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。以标签Workspace为例，当选中该标签时，在Preferences对话窗口中有3个分项：(1)Show：可以设置是否显示网格，页边界以及标题框。(2)Sheet siz
12、e：设置电路图页面大小。(3)Zoom level：设置缩放比例。2.3.2 取用元器件取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。下面将以74LS00为例说明两种方法。(1)从工具栏取用：Design工具栏;Multisim Master工具栏;TTL工具栏;74LS按钮从TTL工具栏中选择74LS按钮打开这类器件的Component Browser窗口。其中包含的字段有Database name（元器件数据库），Component Family（元器件类型列表），Component Name List（元器件名细表），Manufacture Names（生产厂家），Model Lev
13、el-ID（模型层次）等内容。(2)从菜单取用：通过Place/ Place Component命令打开Component Browser窗口。(3)选中相应的元器件在Component Family Name中选择74LS系列，在Component Name List中选择74LS00。单击OK按钮就可以选中74LS00。7400是四/二输入与非门，在窗口种的Section A/B/C/D分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以在上面的Component Browser中的Symbol选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口
14、中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了。2.3.3 将元器件连接成电路在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在Multisim中连线的起点和终点不能悬空。第三章 多功能数字钟单元电路的设计3.1 数字时钟的译码显示电路数字时钟的译码显示电路由译码器4511BP和共阴极LED七段显示数码管组成,为避免译码器输出的电压过高，在译码器的输出和数码管的输入上串联一个100欧姆的电阻.下面是4511的功能表表3.1.1 4511的逻辑功能表要使译码器能正常工作，LT和BI脚要接高电平，EL要接低电平，译码
15、器的输入接计数器的输出端，而译码器的输出端则接对应数码管的输入端。在数字钟的设计中，一共需要6块译码显示器，分别是小时显示的2块，分钟显示的2块，还有秒钟显示的2块，它们在设置上基本相同，只不过译码器的输入接不同的计数器。由计数器得到的4位二进制码的必须通过译码后转为人们习惯的数字显示。如12：54：30的二进制码为00010010：01010100：00110000。译码之后再驱动7段数码管显示时、分、秒。LED七段显示数码管显示时、分、秒。下图即为其中一块译码显示电路的连接图。图3.1.1 译码显示电路3.2 计数器电路在数字钟的控制电路中，分和秒的控制都是一样的，都是由一个十进制计数器和一个六进制计数器串联而成的，在电路的设计中我采用的是统一的器件74LS161的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能。表3.2.1 74LS161的功能表根据74LS161的结构把输出端的C端和A
