基于EWB的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案

1 基于 第一章 緒 論 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計(jì)算機(jī)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ 術(shù)，使得電子線路的設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上完成電路的功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測試直至印刷電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)。為了能在電路付諸實(shí)現(xiàn)之前 ,完全掌握操作環(huán)境因素 (如電源電壓、溫度等 ) 對電路的影響 ,利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行電路模擬與仿真 ,并進(jìn)行輸入與輸出信號響應(yīng)的驗(yàn)證 ,可有效地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間與成本。 軟件是專門用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺”軟件 ,他是目前全球最直觀、最高效的 件。該軟件的自動(dòng)化程度高、功能強(qiáng)大、運(yùn)行速度快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。能夠提供電阻、電容、三極管、集成電路等 14 大類幾千種元器件 ;能夠提供示波器、萬用表等十幾種常用的電子儀器 ;具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能 ,可繪制出符合標(biāo)準(zhǔn)的電子圖紙 ;他還具有強(qiáng)大的波形顯示功能 ,并且結(jié)果可輕松放入各類文檔。用該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析非常方便。本文在 礎(chǔ) 上設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘 ,是由數(shù)字集成電路構(gòu)成、用數(shù)碼管顯示的一種現(xiàn)代計(jì)時(shí)器 ,與傳統(tǒng)機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性 ,且無機(jī)械裝置 ,具有更長的使用壽命 ,因此可望得到廣泛使用。 第二章 件介紹與應(yīng)用 件概述 在當(dāng)今電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域， 眾多的 各高校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設(shè)計(jì)中得到了較廣泛的應(yīng)用。 新設(shè)計(jì)理念有較大的好處。 2 戶界面友好，各類器件和集成芯片豐富，尤其是其直觀的虛擬儀表是 包含的虛擬儀表有：示波器，萬用表，函數(shù)發(fā)生器，波特圖圖示儀，失真度分析儀，頻譜分析儀，邏輯分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀等。而通常一個(gè)普通實(shí)驗(yàn)室是無法完全提供這些設(shè)備的。這些儀器的使用使仿真分析的操作更符合平時(shí)實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計(jì)算機(jī)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ 術(shù)，使得電子線路的設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上完成電路的功 能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測試直至印刷電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)。術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。與早期的 能更完善、運(yùn)行速度更快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。 電子工作平臺 現(xiàn)稱為 軟件是加拿大 司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，它具有這樣一些 特點(diǎn)： （ 1）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果。 （ 2） 供多種電路分析方法。 （ 3）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)。 （ 4） 是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。 3 件使用 件主界面 圖 2界面 件元件庫 圖 2件庫 4 件工具欄 圖 2具欄 件信號庫欄 圖 2號庫 5 件基本器件庫欄和指示器件庫欄 圖 2件基本器件庫欄和指示器件庫欄 6 第三章主要元件介紹 計(jì)構(gòu)思 要構(gòu)成一電子鐘電路，首先應(yīng)有一個(gè)秒脈沖產(chǎn)生器，這可由石英晶體振蕩器 產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號經(jīng)過整形和分頻獲得。秒脈沖經(jīng)過秒計(jì)數(shù)器（ 60進(jìn)制）可以累計(jì)秒鐘數(shù)，而秒計(jì)數(shù)器 輸出的分脈沖計(jì)數(shù)器（ 60進(jìn)制）可以累計(jì)分鐘數(shù)。同樣地， 分計(jì)數(shù)器輸出的時(shí)脈沖經(jīng)過時(shí)計(jì)數(shù)器 （ 24進(jìn)制）可以累計(jì)小時(shí)數(shù)。這此時(shí)、分、秒計(jì) 數(shù)器通過譯碼器和顯示器便可以顯示時(shí)、分、秒。最后，還需要考慮校對時(shí)電路。 (1) 設(shè)計(jì)一個(gè)具有時(shí)、分、秒的十進(jìn)制數(shù)字顯示 (小時(shí)從 0023) 的計(jì)數(shù)器。 (2) 具有手動(dòng)校時(shí)、校分的功能。 (3) 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能（整點(diǎn)燈閃 1秒）。 計(jì)方案 根據(jù)所給設(shè)計(jì)構(gòu)思 ,畫出數(shù)字鐘原理框圖見圖 3設(shè)計(jì)方案使用 7 圖 3字鐘原理框圖 4數(shù)器應(yīng)用 進(jìn)制接線 演示電路： 74 34進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接圖 步清零端 鐘輸入端（上升沿有效） ：數(shù)據(jù)輸入端 數(shù)控制端 步并行置入控制端 位輸出端 8 表 1 74160的功能表如表 1所示。由表 1可知， 74160 具有以下功能： 異步清零 當(dāng) =0 時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何（包括時(shí)鐘信號 ，計(jì)數(shù)器輸出將被直接置零，稱為異步清零。 同步并行預(yù)置數(shù) 在 的條件下，當(dāng) )=0、且有時(shí)鐘脈沖 上升沿作用時(shí)， 1、 入端的數(shù)據(jù)將分別被 接收。由于這個(gè)置數(shù)操作要與升沿同步，且 數(shù)據(jù)同時(shí)置入計(jì)數(shù)器，所以稱為同步并行置數(shù)。 保持 在 D=1 的條件下 ,當(dāng) ,即兩個(gè)計(jì)數(shù)使能端中有 0 時(shí) ,不管有無沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變 (停止計(jì)數(shù) )。需要說明的是，當(dāng), 時(shí)，進(jìn)位輸出 當(dāng) 時(shí)，不管 位輸出 . 計(jì)數(shù) 當(dāng) D= 時(shí)， 74160處于計(jì)數(shù)狀態(tài) ,電路從 0000 狀態(tài)開始，連續(xù)輸入10 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，電路將從 1001 狀態(tài)返回到 0000 狀態(tài)， 從高電平跳變至低電平?？梢岳?9 進(jìn)制接線 用 160和與非門組成 7進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步清零端設(shè)計(jì) 圖 34160從 0000 狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入第 7個(gè) 沖（上升沿）時(shí)，輸出2 0 0110，此時(shí)反饋給 即使 2 0返回 0000狀態(tài)，接著 ,74160 重新從 0000狀態(tài)開始新的計(jì)數(shù)周期。 490 計(jì)數(shù)器應(yīng)用 經(jīng)過 4 片 7490 進(jìn)行十進(jìn)制級聯(lián)形成 1000分頻功能 ,因?yàn)槊科瑸?1/ 10 分頻 ,4 片級聯(lián)正好獲得。 74 五 十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。通過不同的連接方式， 74且還可借助 )、 )對計(jì)數(shù)器清零，借助 )、 10 )將計(jì)數(shù)器置 9。其具體功能詳述如下： (1)計(jì)數(shù)脈沖從 二進(jìn)制 計(jì)數(shù)器。 (2)計(jì)數(shù)脈沖從 為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (3)若將 數(shù)脈沖由 則構(gòu)成異步 8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (4)若將 數(shù)脈沖由 則構(gòu)成異步 5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (5)清零、置 9功能。 a) 異步清零 當(dāng) )、 )均為“ 1”； )、 )中有“ 0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即 C A 0000。 b)置 9功能 當(dāng) )、 )均為“ 1”； )、 )中有“ 0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置 9功能 即 C A 1001。圖 34 11 下圖中為 7490 計(jì)數(shù)器的十進(jìn)制接線圖： 圖 3490計(jì)數(shù)器的十進(jìn)制接線圖 12 第四章 數(shù)字鐘基本原理及單元電路設(shè)計(jì) 字鐘的基本原理 工作原理 :數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示、報(bào)時(shí)等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器 ,由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯 示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù) ,把累加的結(jié)果以時(shí)、分、秒的數(shù)字顯示出來。時(shí)顯示由 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成 ,分、秒顯示分別由 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?？蛇M(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí) ,計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí) ,可以用校時(shí)電路手動(dòng)校時(shí)、校分和秒。 英晶體振蕩器 振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心 ,振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準(zhǔn)度決定了計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確度。振蕩電路如圖 2 所示。由石英晶體、微調(diào)電容 (等構(gòu)成。晶振 0 輸出反饋電阻 555提供偏置 ,使電路工作于放大區(qū) 。與石英晶體串聯(lián)的微調(diào)電容 ,可以對振蕩器頻率做微量調(diào)節(jié) ,從而在輸出端得到較穩(wěn)定的 10 沖信號。 圖 英晶體振蕩器 13 頻電路 分頻電路如圖 4示 ,產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號 ,選用 4 片計(jì)數(shù)器 7490 實(shí)現(xiàn)。由振蕩電路產(chǎn)生頻率為 10 周期性方波信號 ,經(jīng)過 4 片 7490 進(jìn)行級聯(lián) ,因?yàn)槊科瑸?1/ 10 分頻 ,4 片級聯(lián)正好獲得 1 準(zhǔn)秒脈沖信號。 圖 4分頻電路 數(shù)與譯碼顯示電路 計(jì)數(shù)電路 秒、分為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ,他們的個(gè)位為 十進(jìn)制 ,十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ,個(gè)位為十進(jìn)制 ,當(dāng)十位計(jì)數(shù)為 2 ,個(gè)位計(jì)數(shù)到 4 時(shí)清零。采用 6 片中規(guī)模計(jì)數(shù)器 74160 實(shí)現(xiàn)。 (1) 秒、分計(jì)數(shù)電路秒、分計(jì)數(shù)電路為 60 進(jìn)制 ,如圖 4秒計(jì)數(shù)電路 ,由2 片 74160 四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。 74160 具有異步清零的功能 ,第一片構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ,第二片構(gòu)成六進(jìn)制。在第一片計(jì)數(shù)器中 ,當(dāng)?shù)?10 個(gè)脈沖到來時(shí) ,他的輸出狀態(tài)為“ 1010” ,高電平。因?yàn)?74160 異步清零端為高電平清零 ,所以 別接到清零端即構(gòu)成十進(jìn)制。第二片為 六進(jìn)制 ,當(dāng)?shù)谝黄辶愕耐瑫r(shí)給第二片的 當(dāng) 個(gè)脈沖到來時(shí) ,第二片的 為高電平 ,將他們連接到計(jì)數(shù)器的清零端 ,在清零的同時(shí)給上一級進(jìn)位。從而構(gòu)成 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。分別把秒十位、個(gè)位輸出端接到帶譯碼的七段顯示器 ,當(dāng)電 14 路運(yùn)行后 ,計(jì)數(shù)器便開始從 00 59 計(jì)數(shù) ,顯示器就會顯示相應(yīng)的數(shù)碼。 圖 秒計(jì)數(shù)電路 計(jì)數(shù)電路 圖 4計(jì)數(shù)電路 15 計(jì)數(shù)電路 時(shí)計(jì)數(shù)電路為 24 進(jìn)制 ,如圖 5 所示 ,由 2 片 74160、與門、或門組成。個(gè)位接成十進(jìn)制 ,十位接成八進(jìn)制 ,每當(dāng)個(gè)位為 4 ,十位為 2 時(shí) ,由與門送出一高電平清零信號 ,2 片 74160 同時(shí)清零 ,使電路構(gòu)成二十四進(jìn)制。 圖 4時(shí)計(jì)數(shù)電路 計(jì)數(shù)電路 周計(jì)數(shù)電路為 7進(jìn)制 ,如圖 4由 1片 74160、若干與非門組成。接成7 進(jìn)制 ,每當(dāng)計(jì)數(shù)為 7 時(shí)由與非門送出一低電平清零信號 ,1 片 74160 清零 ,使電路構(gòu)成 7進(jìn)制。 由 5個(gè)二輸入與非門構(gòu)成三輸入與非門如圖 4示 16 圖 4輸入與非門 關(guān)系式： Y= ）（ （ B ） 非。其中 圖 4計(jì)數(shù)電路 時(shí)電路 當(dāng)剛接通電源或計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí) ,需要對時(shí)間進(jìn)行校正。如圖 4由開關(guān)構(gòu)成。 S， F ,M 分別為時(shí)校正、分秒校正開關(guān)。不校正時(shí) S， F 開關(guān)是閉合的。當(dāng)校正時(shí)、分位時(shí) ,打開 S， 然后撥動(dòng) 來回?fù)軇?dòng)一次 ,就會使時(shí)、分 17 位增加 1 ,校正完畢后把 S， 其中秒校時(shí)當(dāng)撥動(dòng)開關(guān)時(shí)秒被清零不是加一，最后即可完成時(shí)間的校正。 圖 4時(shí)電路 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 如圖 4于整點(diǎn)時(shí)分計(jì)數(shù)器為 00 狀態(tài)，且保持此狀態(tài) 1秒鐘，運(yùn)用此特性連接出整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，當(dāng)?shù)竭_(dá)整點(diǎn)時(shí)燈亮 1秒鐘。 圖 4整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 18 由若干二輸入與非門若干非門和一個(gè)二輸入或門組成八輸入異或門電路如上圖所示。 表達(dá)式： Y= 數(shù)字鐘整體邏輯電路 計(jì)數(shù)電路和分頻電路 圖 4頻電路 圖 4 19 總結(jié) 課程的選定到軟件仿真件的調(diào)試成功花了不少時(shí) 間，卻在其中收獲了不少東西。通過這次課程設(shè)計(jì)，理解能力和動(dòng)手能力都得到了提高，也加深了對課本知識的理解。 這次課程設(shè)計(jì)是對去年學(xué)過的數(shù)字電子技術(shù)基本知識的應(yīng)用，本來對數(shù)字電子技術(shù)中的有些東西就不太熟悉，通過這次設(shè)計(jì)，更深刻的了解了各種芯片的引腳、時(shí)序圖、邏輯圖以及功能表，能夠用各種芯片以及觸發(fā)器等組建邏輯電路。 這次的設(shè)計(jì)雖然短暫 以前書本上的內(nèi)容第一次完完全全的在實(shí)際中實(shí)現(xiàn) 遇到了書本中不曾學(xué)到的情況 感謝劉洪朋老師為我們提供這次機(jī)會。數(shù)字鐘是現(xiàn)實(shí)生活 中常用的工具，經(jīng)過這次獨(dú)自設(shè)計(jì)并成功完成它，我深刻的了解了它的工作原理，雖然它與現(xiàn)實(shí)生活中的有一定的差距。但也使我體會到數(shù)字電子技術(shù)對當(dāng)代社會發(fā)展的重要性。 20 致謝 在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。人生的道路有許多的坎坷，不是一條通往光明之路，有痛苦，有傷心，有無助，也有面對一切所不能忍受的，這就是生活。但是生活中確實(shí)有許多美好的東西，有些時(shí)候你不會看到它的本身的色彩，如果你用這一種方式感受不到的話，不妨換一種方式去感受，也許它正是你所需要的那種生活方式。千萬不要放棄生活，你放棄了它，生活 也就放棄了你，人生貴在的是感受，會感受才會有幸福，在生活中如果你感受的多了，那你才會感受到生活中的美好，你才會知道你在前世所選擇的是今生的最正確的人生路。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指 導(dǎo) ,經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥 ,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟 ,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路 ,柳暗花明又一村”。感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助