基于EWB的數(shù)字電路設計方案

1 基于 第一章 緒 論 隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計算機緊密相連，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。電子設計自動化（ 術，使得電子線路的設計人員能在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設計。為了能在電路付諸實現(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 ,利用計算機輔助設計進行電路模擬與仿真 ,并進行輸入與輸出信號響應的驗證 ,可有效地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的時間與成本。 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。該軟件的自動化程度高、功能強大、運行速度快，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 ;具有強大的電路圖繪制功能 ,可繪制出符合標準的電子圖紙 ;他還具有強大的波形顯示功能 ,并且結(jié)果可輕松放入各類文檔。用該軟件進行設計、分析非常方便。本文在 礎 上設計的數(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)代計時器 ,與傳統(tǒng)機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性 ,且無機械裝置 ,具有更長的使用壽命 ,因此可望得到廣泛使用。 第二章 件介紹與應用 件概述 在當今電子設計領域， 眾多的 各高校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設計中得到了較廣泛的應用。 新設計理念有較大的好處。 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)絡分析儀等。而通常一個普通實驗室是無法完全提供這些設備的。這些儀器的使用使仿真分析的操作更符合平時實驗的習慣。 隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計算機緊密相連，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。電子設計自動化（ 術，使得電子線路的設計人員能在計算機上完成電路的功 能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設計。術的基礎上發(fā)展起來的計算機設計軟件系統(tǒng)。與早期的 能更完善、運行速度更快，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： （ 1）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結(jié)果。 （ 2） 供多種電路分析方法。 （ 3）作為設計工具，它可以同其它流行的電路分析、設計和制板軟件交換數(shù)據(jù)。 （ 4） 是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，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 計構(gòu)思 要構(gòu)成一電子鐘電路，首先應有一個秒脈沖產(chǎn)生器，這可由石英晶體振蕩器 產(chǎn)生的基準信號經(jīng)過整形和分頻獲得。秒脈沖經(jīng)過秒計數(shù)器（ 60進制）可以累計秒鐘數(shù)，而秒計數(shù)器 輸出的分脈沖計數(shù)器（ 60進制）可以累計分鐘數(shù)。同樣地， 分計數(shù)器輸出的時脈沖經(jīng)過時計數(shù)器 （ 24進制）可以累計小時數(shù)。這此時、分、秒計 數(shù)器通過譯碼器和顯示器便可以顯示時、分、秒。最后，還需要考慮校對時電路。 (1) 設計一個具有時、分、秒的十進制數(shù)字顯示 (小時從 0023) 的計數(shù)器。 (2) 具有手動校時、校分的功能。 (3) 具有整點報時的功能（整點燈閃 1秒）。 計方案 根據(jù)所給設計構(gòu)思 ,畫出數(shù)字鐘原理框圖見圖 3設計方案使用 7 圖 3字鐘原理框圖 4數(shù)器應用 進制接線 演示電路： 74 34進制計數(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 =0 時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何（包括時鐘信號 ，計數(shù)器輸出將被直接置零，稱為異步清零。 同步并行預置數(shù) 在 的條件下，當 )=0、且有時鐘脈沖 上升沿作用時， 1、 入端的數(shù)據(jù)將分別被 接收。由于這個置數(shù)操作要與升沿同步，且 數(shù)據(jù)同時置入計數(shù)器，所以稱為同步并行置數(shù)。 保持 在 D=1 的條件下 ,當 ,即兩個計數(shù)使能端中有 0 時 ,不管有無沖作用，計數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變 (停止計數(shù) )。需要說明的是，當, 時，進位輸出 當 時，不管 位輸出 . 計數(shù) 當 D= 時， 74160處于計數(shù)狀態(tài) ,電路從 0000 狀態(tài)開始，連續(xù)輸入10 個計數(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 進制接線 用 160和與非門組成 7進制加法計數(shù)器異步清零端設計 圖 34160從 0000 狀態(tài)開始計數(shù)，當輸入第 7個 沖（上升沿）時，輸出2 0 0110，此時反饋給 即使 2 0返回 0000狀態(tài)，接著 ,74160 重新從 0000狀態(tài)開始新的計數(shù)周期。 490 計數(shù)器應用 經(jīng)過 4 片 7490 進行十進制級聯(lián)形成 1000分頻功能 ,因為每片為 1/ 10 分頻 ,4 片級聯(lián)正好獲得。 74 五 十進制加法計數(shù)器，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(shù)器。通過不同的連接方式， 74且還可借助 )、 )對計數(shù)器清零，借助 )、 10 )將計數(shù)器置 9。其具體功能詳述如下： (1)計數(shù)脈沖從 二進制 計數(shù)器。 (2)計數(shù)脈沖從 為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。 (3)若將 數(shù)脈沖由 則構(gòu)成異步 8421碼十進制加法計數(shù)器。 (4)若將 數(shù)脈沖由 則構(gòu)成異步 5421碼十進制加法計數(shù)器。 (5)清零、置 9功能。 a) 異步清零 當 )、 )均為“ 1”； )、 )中有“ 0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即 C A 0000。 b)置 9功能 當 )、 )均為“ 1”； )、 )中有“ 0”時，實現(xiàn)置 9功能 即 C A 1001。圖 34 11 下圖中為 7490 計數(shù)器的十進制接線圖： 圖 3490計數(shù)器的十進制接線圖 12 第四章 數(shù)字鐘基本原理及單元電路設計 字鐘的基本原理 工作原理 :數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示、報時等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器 ,由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯 示器組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù) ,把累加的結(jié)果以時、分、秒的數(shù)字顯示出來。時顯示由 24 進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成 ,分、秒顯示分別由 60進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?？蛇M行整點報時 ,計時出現(xiàn)誤差時 ,可以用校時電路手動校時、校分和秒。 英晶體振蕩器 振蕩器是計時器的核心 ,振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準度決定了計時器的準確度。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)生標準秒脈沖信號 ,選用 4 片計數(shù)器 7490 實現(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 進行級聯(lián) ,因為每片為 1/ 10 分頻 ,4 片級聯(lián)正好獲得 1 準秒脈沖信號。 圖 4分頻電路 數(shù)與譯碼顯示電路 計數(shù)電路 秒、分為 60 進制計數(shù)器 ,他們的個位為 十進制 ,十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)器 ,個位為十進制 ,當十位計數(shù)為 2 ,個位計數(shù)到 4 時清零。采用 6 片中規(guī)模計數(shù)器 74160 實現(xiàn)。 (1) 秒、分計數(shù)電路秒、分計數(shù)電路為 60 進制 ,如圖 4秒計數(shù)電路 ,由2 片 74160 四位二進制計數(shù)器組成。 74160 具有異步清零的功能 ,第一片構(gòu)成十進制計數(shù)器 ,第二片構(gòu)成六進制。在第一片計數(shù)器中 ,當?shù)?10 個脈沖到來時 ,他的輸出狀態(tài)為“ 1010” ,高電平。因為 74160 異步清零端為高電平清零 ,所以 別接到清零端即構(gòu)成十進制。第二片為 六進制 ,當?shù)谝黄辶愕耐瑫r給第二片的 當 個脈沖到來時 ,第二片的 為高電平 ,將他們連接到計數(shù)器的清零端 ,在清零的同時給上一級進位。從而構(gòu)成 60 進制計數(shù)器。分別把秒十位、個位輸出端接到帶譯碼的七段顯示器 ,當電 14 路運行后 ,計數(shù)器便開始從 00 59 計數(shù) ,顯示器就會顯示相應的數(shù)碼。 圖 秒計數(shù)電路 計數(shù)電路 圖 4計數(shù)電路 15 計數(shù)電路 時計數(shù)電路為 24 進制 ,如圖 5 所示 ,由 2 片 74160、與門、或門組成。個位接成十進制 ,十位接成八進制 ,每當個位為 4 ,十位為 2 時 ,由與門送出一高電平清零信號 ,2 片 74160 同時清零 ,使電路構(gòu)成二十四進制。 圖 4時計數(shù)電路 計數(shù)電路 周計數(shù)電路為 7進制 ,如圖 4由 1片 74160、若干與非門組成。接成7 進制 ,每當計數(shù)為 7 時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進制。 由 5個二輸入與非門構(gòu)成三輸入與非門如圖 4示 16 圖 4輸入與非門 關系式： Y= ）（ （ B ） 非。其中 圖 4計數(shù)電路 時電路 當剛接通電源或計時出現(xiàn)誤差時 ,需要對時間進行校正。如圖 4由開關構(gòu)成。 S， F ,M 分別為時校正、分秒校正開關。不校正時 S， F 開關是閉合的。當校正時、分位時 ,打開 S， 然后撥動 來回撥動一次 ,就會使時、分 17 位增加 1 ,校正完畢后把 S， 其中秒校時當撥動開關時秒被清零不是加一，最后即可完成時間的校正。 圖 4時電路 整點報時電路 如圖 4于整點時分計數(shù)器為 00 狀態(tài)，且保持此狀態(tài) 1秒鐘，運用此特性連接出整點報時電路，當?shù)竭_整點時燈亮 1秒鐘。 圖 4整點報時電路 18 由若干二輸入與非門若干非門和一個二輸入或門組成八輸入異或門電路如上圖所示。 表達式： Y= 數(shù)字鐘整體邏輯電路 計數(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 間，卻在其中收獲了不少東西。通過這次課程設計，理解能力和動手能力都得到了提高，也加深了對課本知識的理解。 這次課程設計是對去年學過的數(shù)字電子技術基本知識的應用，本來對數(shù)字電子技術中的有些東西就不太熟悉，通過這次設計，更深刻的了解了各種芯片的引腳、時序圖、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。 這次的設計雖然短暫 以前書本上的內(nèi)容第一次完完全全的在實際中實現(xiàn) 遇到了書本中不曾學到的情況 感謝劉洪朋老師為我們提供這次機會。數(shù)字鐘是現(xiàn)實生活 中常用的工具，經(jīng)過這次獨自設計并成功完成它，我深刻的了解了它的工作原理，雖然它與現(xiàn)實生活中的有一定的差距。但也使我體會到數(shù)字電子技術對當代社會發(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。但是生活中確實有許多美好的東西，有些時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給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，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，樹立了宏偉的學術目標，領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 ,經(jīng)由您悉心的點撥 ,再經(jīng)思考后的領悟 ,常常讓我有“山重水復疑無路 ,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，你們永遠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，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助