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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 基于EWB的電路設(shè)計(jì)與仿真</p><p> ——多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)</p><p><b> 目錄</b></p><p> 第一章 緒論?。?lt;/p><p> 第一節(jié) 課題背景及意義?。?/p>
2、......................................</p><p> 第二節(jié) 課題研究?jī)?nèi)容?。?lt;/p><p> 第三節(jié) 總體設(shè)計(jì)要求?。?lt;/p><p> 一、基本設(shè)計(jì)要
3、求 .........................................</p><p> 二、總體設(shè)計(jì)框圖?。?lt;/p><p> 第二章 EWB軟件介紹............................................</p><p> 第
4、一節(jié) EWB軟件簡(jiǎn)介............................................</p><p> 第二節(jié) EWB軟件界面............................................</p><p> 一、EWB主窗口............................................</p>&
5、lt;p> 二、元件庫欄............................................</p><p> 三、EWB的元器件..........................................</p><p> 第三節(jié) EWB操作方法.............................................</p&
6、gt;<p> 一、電路的建立............................................</p><p> 二、電路的測(cè)試與驗(yàn)證........................................</p><p> 第三章常用元件功能介紹?。?lt;
7、/p><p> 第一節(jié)555定時(shí)器 ..............................................</p><p> 一、555定時(shí)器功能介紹 ......................................</p><p> 二、 555定時(shí)器原理及功能表.................................
8、..</p><p> 三、555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖電路?。?lt;/p><p> 第二節(jié)遞增集成計(jì)數(shù)器74160?。?lt;/p><p> 一、74160功能介紹及其功能表 ...............................&l
9、t;/p><p> 二、74160基本功能測(cè)試 ......................................</p><p> 三、74160組成的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器?。?lt;/p><p> 第三節(jié) 顯示電路.............................................
10、.....</p><p> 一、數(shù)碼管簡(jiǎn)介...............................................</p><p> 二、譯碼顯示................................................</p><p> 三、原理..................................
11、..................</p><p> 第四章 多功能電子鐘單元電路圖原理分析?。?lt;/p><p> 第一節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器?。?lt;/p><p> 第二節(jié) 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器部分 ........................
12、.............</p><p> 一、組成....................................................</p><p> 二、連接方式................................................</p><p> 三、原理........................
13、............................</p><p> 第三節(jié) 12/24進(jìn)制計(jì)數(shù)器部分?。?lt;/p><p> 一、組成....................................................</p><p> 二、原理............
14、........................................</p><p> 第四節(jié) 校時(shí)電路部分 ........................................</p><p> 一、校時(shí)電路的要求..........................................</p><p> 二、校時(shí)電路的作用
15、及工作原理................................</p><p> 三、校時(shí)方法................................................</p><p> 第五章 多功能數(shù)字鐘的仿真?。?lt;/p><p> 第一節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)秒信
16、號(hào)發(fā)生器的EWB仿真?。?lt;/p><p> 第二節(jié) 秒計(jì)數(shù)器的EWB仿真 .................................</p><p> 第三節(jié) 分計(jì)數(shù)器的EWB仿真?。?lt;/p><p> 第四節(jié) 時(shí)計(jì)數(shù)器的EWB仿真?。?/p>
17、.............................</p><p> 第五節(jié) 校時(shí)電路的EWB仿真?。?lt;/p><p> 第六節(jié) 多功能電子鐘整體電路的EWB仿真?。?lt;/p><p> 第七節(jié) 多功能電子時(shí)鐘仿真調(diào)試過程中的問題及解決方案?。?/p>
18、...</p><p> 結(jié)束語?。?lt;/p><p> 參考文獻(xiàn)?。?lt;/p><p><b> 第一章緒論</b></p>
19、;<p><b> 課題背景及意義</b></p><p> 鐘表作為一種定時(shí)工具被廣泛的使用在生產(chǎn)生活的各方面。人類最初依靠太陽的角度來進(jìn)行定時(shí),所以受天氣的影響比較大,為了克服依靠自然現(xiàn)象定時(shí)的缺點(diǎn)人們發(fā)明的機(jī)器鐘表,電子鐘表一系列的定時(shí)工具。數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置,與機(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,具有更更長(zhǎng)的使用壽命
20、,因此得到了廣泛的使用。而電子鐘表具有價(jià)格便宜,質(zhì)量輕,定時(shí)誤差小等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn),生活的各個(gè)方面。由于電子鐘的能提供精確又被廣泛的運(yùn)用在測(cè)量之中。此數(shù)字電子鐘采用555定時(shí)器提供定時(shí)脈沖,74160集成塊作為計(jì)時(shí)模塊,8段數(shù)碼顯示管作為顯示工具。其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以廣泛的用于公共場(chǎng)所,匾額裝飾,以及教學(xué)等方面。</p><p> 隨著人類科技文明的發(fā)展,人們對(duì)于時(shí)鐘的要求在不斷地提高。時(shí)鐘已不僅僅被看成
21、一種用來顯示時(shí)間的工具,在很多實(shí)際應(yīng)用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小體積、低功耗,是現(xiàn)代時(shí)鐘發(fā)展的趨勢(shì)。在這種趨勢(shì)下,時(shí)鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)代時(shí)鐘生產(chǎn)研究的主導(dǎo)設(shè)計(jì)方向。</p><p> 第二節(jié) 課題研究?jī)?nèi)容</p><p><b> 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下</b></p><p> 利用555芯片和7416
22、0芯片等組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器,60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,12/24進(jìn)制計(jì)數(shù)器,校時(shí)電路。并且能過進(jìn)行秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、多功能電子鐘整體電路的EWB仿真以及多功能電子時(shí)鐘仿真調(diào)試過程中的問題及解決方案。</p><p> 多功能數(shù)字鐘原理分析</p><p> 數(shù)字電子鐘由信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的
23、時(shí)基信號(hào),它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度,一般用555構(gòu)成的振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”,該計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào),該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?!胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,每累計(jì)60分,發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào),該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?!皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器,可以實(shí)現(xiàn)一天24h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼,通過六
24、位LED顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào),然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是來對(duì)“時(shí)、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。</p><p> 第三節(jié) 總體設(shè)計(jì)要求</p><p><b> 一、 基本設(shè)計(jì)要求</b></p><p> 數(shù)字電子鐘主干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器
25、及顯示器電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào),它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度,將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”,“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào),該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,每累計(jì)60分鐘,發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào),該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”可以選擇12或24進(jìn)制計(jì)時(shí)器,可實(shí)現(xiàn)12或24 小時(shí)的累計(jì)。通過六個(gè)LED顯示器顯示出來,計(jì)數(shù)出現(xiàn)誤差可用校時(shí)電路
26、進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒。</p><p><b> 二、總體設(shè)計(jì)框圖</b></p><p> 多功能數(shù)字鐘原理框架如圖1-1所示,電路包括以下幾個(gè)部分:標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器、顯示電路、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。</p><p> 第二章 EWB軟件介紹</p><p> 第一節(jié) EWB軟件簡(jiǎn)介<
27、/p><p> 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(EDA)技術(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(cè)試直至印刷電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)。EDA是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(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CAD軟件相比,EDA軟件的自動(dòng)化程度更高、
28、功能更完善、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。</p><p> EWB仿真軟件是常用的EDA軟件之一。它是 Electronics Work Bench的簡(jiǎn)稱,中文名稱為“電子工程師仿真工作室”,是一種虛擬的電子工作平臺(tái)。其仿真功能十分強(qiáng)大,能接近100%地仿真出實(shí)際電路的結(jié)果,它就像實(shí)驗(yàn)室桌面那樣,提供示波器、信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器、萬用表等實(shí)驗(yàn)
29、室必備儀器、儀表等。</p><p> 電子工作平臺(tái)Electronics Workbench (EWB)(現(xiàn)稱為MultiSim) 軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺(tái)軟件,它具有這樣一些特點(diǎn):</p><p> (1)采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路:在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái),繪
30、制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕上選??;</p><p> (2)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(cè)量結(jié)果。</p><p> ?。?)EWB軟件帶有豐富的電路元件庫,提供多種電路分析方法。</p><p> ?。?)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)。</p><
31、;p> ?。?)EWB還是一個(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(cè)量方法。因此非常適合電子類課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。</p><p> 第二節(jié)EWB軟件界面</p><p><b> 一、EWB的主窗口</b></p><p><b>
32、二、元件庫欄</b></p><p><b> 三、EWB的元器件</b></p><p> 第三節(jié) EWB操作方法</p><p><b> 一、電路的建立</b></p><p> 1、根據(jù)需要單擊對(duì)應(yīng)的元器件庫,在庫中選擇所需元器件,將其拖至工作區(qū)。</p>
33、<p> 2、單擊元件選中,使用工具欄中的旋轉(zhuǎn),水平映射或垂直映射,改變?cè)姆较?,調(diào)整其在工作區(qū)中的位置和方向,使電路布局更佳。若需刪除元件,則選中元件后使用Delete命令。</p><p> 3、連線。將鼠標(biāo)置于一元件的端點(diǎn)拖動(dòng)至另一元件的端點(diǎn)即可。若實(shí)現(xiàn)線間連接,則從一元件的端點(diǎn)拖動(dòng)連線到另一線上,松開鼠標(biāo)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生連接點(diǎn)?;蛘呃霉ぞ邫谥械倪B接點(diǎn)在電路中插入連接點(diǎn),每個(gè)連接點(diǎn)最多可以接四條
34、線。若刪除連線,則選中此線,并選擇刪除命令。</p><p> 4、設(shè)定元件數(shù)值。每一元件都有預(yù)設(shè)定的數(shù)值,可自行設(shè)定新的數(shù)值。方法:雙擊元件,彈出元件特性對(duì)話框,選擇Value標(biāo)簽,在對(duì)話框中鍵入數(shù)值單位后,單擊OK。</p><p> 5、設(shè)置元件的名稱,標(biāo)識(shí)。用來標(biāo)識(shí)每一元件和連接點(diǎn)。方法:雙擊元件,彈出元件特性對(duì)話框,選擇Lable標(biāo)簽,在對(duì)話框中鍵入用來標(biāo)識(shí)的字符或數(shù)字后,單
35、擊OK。(可以缺省)</p><p> 6、為電路文件起名,儲(chǔ)存電路。</p><p> 二、電路的測(cè)試與驗(yàn)證</p><p> 1.在電路中接入儀器:?jiǎn)螕魞x器庫,選擇所需儀器并拖至工作區(qū)。 連接儀器與測(cè)試點(diǎn),方法同元件連接。</p><p> 2.設(shè)置儀器的工作狀態(tài)及參數(shù): 雙擊打開儀器,在虛擬面板上進(jìn)行設(shè)置。</p>
36、<p> 3.啟動(dòng)電路: 單擊EWB窗口右上角的仿真電源開關(guān)。</p><p> 第三章 常用元件功能介紹</p><p> 第一節(jié) 555定時(shí)器</p><p> 一、555定時(shí)器功能介紹</p><p> 555定時(shí)器為8腳雙排直插 封裝(DIP)(如圖 3-1),其中GND為接地端;為出發(fā)輸入端低電平有效;OU
37、T為輸出端;為復(fù)位端,低電平有效;CO為電壓控制段;TH為閾值輸入端;D為放電端;為電壓輸入端。 </p><p> 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3-2 所示,一般由分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器和晶體管開關(guān)組成。由于比較器屬于模擬電路,觸發(fā)器屬于數(shù)字電路,所以555定時(shí)器通常成為混合電路。</p><p> 二、555定時(shí)器原理及功能表</p><p> 它由
38、分壓器、比較器、基本R--S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個(gè)5的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器、提供參考電壓,比較器的參考電壓為,加在同相輸入端,比較器的參考電壓為,加在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放、組成。高電平觸發(fā)信號(hào)加在的反相輸入端,與同相輸入端的參考電壓比較后,其結(jié)果作為基本R--S觸發(fā)器端的輸入信號(hào);低電平觸發(fā)信號(hào)加在的同相輸入端,與反相輸入端的參考電壓比較后,其結(jié)果作為基本R—S觸發(fā)器端的輸入信號(hào)?;?/p>
39、本R--S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器、的輸出端控制。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過時(shí),觸發(fā)器復(fù)位,555的輸出端3腳輸出低電平,同時(shí)放電,開關(guān)管導(dǎo)通;當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí),觸發(fā)器置位,555的3腳輸出高電平,同時(shí)放電,開關(guān)管截止。是復(fù)位端,當(dāng)其為0時(shí),555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接VCC。Vc是控制電壓端(5腳),平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平,當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓,即改變了比較器的參考電平,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制,在不接外加電
40、壓時(shí),通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地,起濾波作用,以消除外來的干擾,以確保參考電平的穩(wěn)定。555定時(shí)器的功能如表</p><p> 表 3-1 555定時(shí)器功能表</p><p> 三、555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖電路</p><p> 在EWB主界面下打開數(shù)字器件庫,在混合集成電路庫中選擇555定時(shí)器,其電路符號(hào)見圖3-3 在儀器庫中選擇示波器觀察55
41、5定時(shí)器組成的</p><p> 震蕩電路的輸出波形見圖3-4。</p><p> 第二節(jié) 遞增集成計(jì)數(shù)器74160</p><p> 一、74160功能介紹及其功能表</p><p> 74160是4位十進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器,其中CLR是異步清零端,LOAD是預(yù)置端,A、B、C、D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端,ENP和ENT是計(jì)數(shù)使能端,RCO是進(jìn)
42、位輸出端,它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便CLK為時(shí)鐘控制端。*1表示RCO在從9變?yōu)?時(shí)輸出為1;圖 3-5 為74160的引腳圖;74160的功能如表 3-2 </p><p> 表 3-2 74160的功能表</p><p><b> 說明:</b></p><p> 異步清零:當(dāng)輸入端CLR=0時(shí),不論有無時(shí)鐘脈沖CLK
43、,計(jì)數(shù)器輸出將被直接置零。</p><p> 同步置數(shù):當(dāng)輸入端LOAD=0時(shí),無論其它輸入狀態(tài)如何,計(jì)數(shù)器輸出將直接置數(shù)</p><p> 計(jì)數(shù):當(dāng)CLR=LOAD=ENP=ENT=1時(shí),在計(jì)數(shù)脈沖(上升)作用下,進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p> 二、74160基本功能測(cè)試</p><p> 在EWB主界面下打開數(shù)字器件庫,選擇集成計(jì)數(shù)
44、器74160,構(gòu)成如圖所示電路圖3-6,及其功能波形見圖3-7</p><p> 74160為一具有清零與置數(shù)功能的十進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器,由顯示器件庫中選擇帶譯碼器的七段顯示數(shù)碼管與計(jì)數(shù)器輸出端相連,在信號(hào)源中選擇方波電壓(頻率1KHZ,占空比50﹪,幅值5V)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖源,將脈沖源及計(jì)數(shù)器輸出端連接至邏輯分析儀輸入端以便于觀察波形,所連電路如圖 3-6所示。</p><p>
45、在EWB主界面內(nèi)建立圖所示電路后,閉合仿真電源開關(guān),雙擊邏輯分析儀圖標(biāo)可觀測(cè)到計(jì)數(shù)器工作波形。由上到下依次為時(shí)鐘脈沖(CLK),QA,QB,QC,QD和進(jìn)位控制脈沖(RCO)波形如下圖3-7所示。</p><p> 三、74160組成的N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p> 在實(shí)際工作中,經(jīng)常需要組成非十進(jìn)制(N進(jìn)制)遞增計(jì)數(shù)器,欲組成N進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器,只要將計(jì)數(shù)器第N狀態(tài)中輸出為“ 1”的
46、Q端,經(jīng)與非門“ 與非”后控制清零端(CLR)即可(因?yàn)橛?jì)數(shù)器74160清零端低電平有效)。例如:我們將74160輸出端QA和QD通過與非門控制計(jì)數(shù)器的清零端,即可將十進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器74160改造成九進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器,改造之后的電路如圖 3-8 所示。</p><p> 顯然,通過選擇計(jì)數(shù)器不同輸出端作為反饋端,利用一片74160可組成10以內(nèi)任意 進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器。</p><p> 第
47、三節(jié) 顯示電路</p><p><b> 一、數(shù)碼管簡(jiǎn)介</b></p><p> 譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘和計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來,被人們的視覺器官所接受。顯示器選用LED七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅(qū)動(dòng)下,顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號(hào)。半導(dǎo)體數(shù)碼管,是用發(fā)光二極管(簡(jiǎn)稱LED)組成的字形來顯示數(shù)字,七個(gè)條形發(fā)光二極管排列成七段組合字形,便構(gòu)成了
48、半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種類型。共陽極數(shù)碼管的七個(gè)發(fā)光二極管的陽極接在一起,而七個(gè)陰極則是獨(dú)立的。共陰極數(shù)碼管與共陽極數(shù)碼管相反,七個(gè)發(fā)光二極管的陰極接在一起,而陽極是獨(dú)立的。</p><p> 當(dāng)共陽極數(shù)碼管的某一陰極接低電平時(shí),相應(yīng)的二極管放光,可根據(jù)字形是某幾段二極管發(fā)光,所以共陽極數(shù)碼管需要輸出低電平有效地譯碼器去驅(qū)動(dòng)。共陰極數(shù)碼管則需要輸出高電平有效的譯碼器去驅(qū)動(dòng)。</p&g
49、t;<p> 例 :可以用CD4511和74LS48等IC來驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管。CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED (數(shù)碼管)顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器,特點(diǎn)如下:具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流??芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。</p><p> CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器,引腳排列如圖3-9 所示。其中
50、a b c d 為 BCD 碼輸入,a為最低位。LT為燈測(cè)試端,加高電平時(shí),顯示器正常顯示,加低電平時(shí),顯示器一直顯示數(shù)碼“8”,各筆段都被點(diǎn)亮,以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端,低電平時(shí)使所有筆段均消隱,正常顯示時(shí), B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn),當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí),顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端,高電平時(shí)鎖存,低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a~g是 7 段輸出,可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另
51、外,CD4511顯示數(shù)“6”時(shí),a段消隱;顯示數(shù)“9”時(shí),d段消隱,所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí),字形不太美觀 圖3-9是 CD4511和CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路,若要多位計(jì)數(shù),只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián),每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的,在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取,電源電壓5V時(shí)可使用300Ω的限流電阻。各引腳功能介紹如下: BI:
52、4腳是消隱輸入控制端,當(dāng)</p><p> LT:3腳是測(cè)試輸入端,當(dāng)BI=1,LT=0 時(shí),譯碼輸出全為1,不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何,七段均發(fā)亮,顯示“8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 </p><p> LE:5腳鎖定控制端,當(dāng)LE=0時(shí),允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài),譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。</p><p> A1(
53、1腳)、A2(2)、A3(6)、A4(7)、為8421BCD碼輸入端。 </p><p> a(13)、b(12)、c(11)、d(10)、e(9)、f(15)、g(14):為譯碼輸出端,輸出為高電平1有效。 16腳是電源,8腳是GND。</p><p> CD4511的內(nèi)部有上拉電阻,在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。</p><p> 二、譯碼顯
54、示: 譯碼顯示在 EWB 中要顯示數(shù)字,可選用數(shù)碼管,數(shù)碼管有兩種,有四腳的和七腳的,選用四腳的 比較方便。所以選用四角的(見下圖3-9),分別連接到 74160 的輸出端。</p><p><b> 三、原理:</b></p><p> 譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯,變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74
55、LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器好/驅(qū)動(dòng)器,其輸出是OC門輸出且低電平有效,專用于驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼共陽極顯示數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路。74LS48是輸出高電平有效的中規(guī)模集成BCD七段顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器,它的功能簡(jiǎn)圖和管腳引線圖如下圖示:</p><p> 譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài),并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每
56、一位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端,便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。</p><p> 第四章 多功能電子鐘單元電路圖原理分析</p><p> 第一節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器</p><p> 數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)該是頻率為1Hz的秒脈沖信號(hào),因此必須制作一個(gè)秒脈沖信號(hào)發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間源。</p><p> 方案一 直接選用時(shí)鐘脈沖源
57、作為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間源,將時(shí)鐘脈沖源的震蕩頻率更改為1Hz。</p><p> 方案二 選用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。555定時(shí)器的內(nèi)部組成電路如圖 4-1</p><p> 555定時(shí)器的功能表如表 4-1所示</p><p> 表 4-1 555定時(shí)器功能表</p><p><b> ?。ㄒ唬┱f明:</b>&l
58、t;/p><p> 當(dāng)=0時(shí),Q=0,所以輸出=0,VT飽和導(dǎo)通。</p><p> 當(dāng)=1時(shí),>,>時(shí),比較器輸出低電平,比較器輸出高電平,=1,Q=0,=0,VT飽和導(dǎo)通。</p><p> 當(dāng)=1時(shí),<,>時(shí),比較器、均輸出高電平,基本RS觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變,則和VT也保持原來的狀態(tài)不變。</p><p>
59、; 當(dāng)=1時(shí),<,<時(shí),比較器輸出高電平,比較器輸出低電平,=0,Q=1,=1,VT截止。</p><p> ?。ǘ┯蓛?nèi)部組成圖和功能表可以得出如下結(jié)論:</p><p> 555定時(shí)器有兩個(gè)閾值,分別是和。</p><p> 輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致,輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽</p><p> 和,在7腳外接有上
60、拉電阻時(shí),7腳為低電平。輸出高電平對(duì)應(yīng)放電管截止,在有上拉電阻時(shí),7腳為高電平。</p><p> 輸出端轉(zhuǎn)臺(tái)的改變有滯回現(xiàn)象,回差電壓為。</p><p> 輸出與觸發(fā)輸入相反。</p><p><b> 充電時(shí)間:,</b></p><p> 放電時(shí)間: 振蕩周期:</p><p>&
61、lt;b> 振蕩頻率: </b></p><p> 占空系數(shù): 當(dāng)R2>>R1時(shí),占空系數(shù)近似為50%。</p><p> 第二節(jié) 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器部分(秒和分鐘計(jì)數(shù)模塊)</p><p> ?。ㄒ唬┙M成:兩片74160芯片,兩個(gè)譯碼數(shù)碼管,一個(gè)時(shí)鐘源,一個(gè)與非門,一個(gè)VCC直流電源,一個(gè)接地端</p><
62、p> ?。ǘ┻B接方式:將芯片C1的控電源電壓輸入端VCC、計(jì)數(shù)使能端ENT和ENP、預(yù)置端LOAD和異步清零端CLR接外部直流電源VCC,接地端GND接地,時(shí)鐘控制端CLK接時(shí)鐘源輸入信號(hào)輸入,輸出端QA~QD接譯碼數(shù)碼管的四個(gè)輸入引腳,時(shí)鐘源的另一端接地。將C1的進(jìn)位輸出端與C2的計(jì)數(shù)使能端相連,其他引腳的連接方法與C1相同。</p><p> (三)原理:秒分60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,獲得秒脈沖信號(hào)后,可根據(jù)
63、60秒為一分,60分為一小時(shí)的計(jì)數(shù)規(guī)則,分別確定秒,分的計(jì)數(shù)器。由于秒和分的顯示都為60進(jìn)制,因此他們可有兩級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成,其中秒和分的個(gè)位為十進(jìn)數(shù)器,十位為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器,可利用兩片74160集成電路來實(shí)現(xiàn)。芯片C1、C2構(gòu)成秒計(jì)時(shí)器,74160為10進(jìn)制,因?yàn)槊氲氖粸榱M(jìn)制,所以要改變進(jìn)制就要進(jìn)行改造,芯片C2的QD Qc QB QA當(dāng)輸出為0110時(shí),與非門輸出為0,清零端使芯片清零。其電路圖如下:</p>&l
64、t;p> 第三節(jié) 12/24進(jìn)制計(jì)數(shù)器部分(時(shí)計(jì)數(shù)模塊)</p><p> (一)組成: 兩片74160芯片,兩個(gè)譯碼數(shù)碼管,一個(gè)時(shí)鐘源,兩個(gè)與非門,一個(gè)VCC直流電源,一個(gè)接地端</p><p> 個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器均接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)形式,采用同步級(jí)聯(lián)復(fù)位方式。選擇十進(jìn)制的輸出端和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端通過與非門控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端,當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出端狀態(tài)為00100100,立即譯碼
65、反饋清零,實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù);若選擇十位計(jì)數(shù)器的輸出端與個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端經(jīng)與非門控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端,當(dāng)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00010010時(shí),立即反饋清零,實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。敲擊[Q]鍵可實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制與二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換(如圖4-3)。</p><p> 第四節(jié) 校時(shí)電路部分</p><p> 校時(shí)電路的要求:數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能,因此,應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的
66、直接計(jì)數(shù)通路,并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路,In1端與低位的進(jìn)位信號(hào)相連;In2端與校正信號(hào)相連,校正信號(hào)可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ(不可太高或太低)信號(hào);輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時(shí),因?yàn)樾U盘?hào)和0相與的輸出為0,而開關(guān)的另一端接高電平,正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門,故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài);當(dāng)開關(guān)打向上時(shí),情況正好與上述相反,
67、這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。 總結(jié)為:(1)在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)</p><p> (2)再分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)</p><p> 電路的作用及工作原理 :當(dāng)數(shù)字鐘接通電源正常工作下出現(xiàn)誤差時(shí),校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。大多數(shù)的電子時(shí)鐘都具有時(shí)分秒等校時(shí)功能。在此設(shè)計(jì)中同樣進(jìn)行秒、分和小時(shí)的校時(shí)。校時(shí)分為“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種,“快校時(shí)”是通過
68、開關(guān)控制,使計(jì)數(shù)器對(duì)1HZ校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)?!奥r(shí)”是手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖。簡(jiǎn)單介紹如:下表中J1為校時(shí)用的控制開關(guān),J2為校分用的控制開關(guān),J3為校秒送使用的開關(guān),它們的控制功能為,校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1HZ脈沖,當(dāng)J1或J2或J3分別為“0”時(shí)可以進(jìn)行“快校時(shí)”。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供,則可以進(jìn)行“慢校時(shí)”。 本設(shè)計(jì)中采用“快校時(shí)”。</p><p><b> ?。?lt;/b>
69、;</p><p> 校正時(shí)間的方法是:首先截?cái)嗾5挠?jì)數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可(見圖4-4)。</p><p> 電路有一個(gè)開關(guān)組成,開關(guān)的引腳一個(gè)節(jié)上一級(jí)的進(jìn)位信號(hào),一個(gè)接555定時(shí)器的輸出端。當(dāng)需要校對(duì)時(shí)間的時(shí)候,我們可以把開關(guān)接至555定時(shí)器的輸出端,平常時(shí)開關(guān)打至上一級(jí)的進(jìn)位信號(hào)端。&
70、lt;/p><p> 第五章 多功能數(shù)字鐘的仿真</p><p> 第一節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器的EWB仿真</p><p> 在EWB主界面內(nèi)建立如圖 5-1 所示電路</p><p> 閉合仿真電源開關(guān),雙擊示波器圖標(biāo)可以觀測(cè)到震蕩電路產(chǎn)生的脈沖波形如圖 5-2 所示。</p><p> 由圖可以看出555定時(shí)
71、器組成的震蕩電路可以產(chǎn)生我們所需要的方波脈沖作為時(shí)鐘電路所需要的觸發(fā)初法脈沖。</p><p> 第二節(jié) 秒計(jì)數(shù)器的EWB仿真</p><p> 在EWB主界面內(nèi)建立如圖 5-3 所示電路</p><p> 第三節(jié) 分計(jì)數(shù)器的EWB仿真</p><p> 在EWB主界面內(nèi)建立如圖 5-4 所示電路</p><p&g
72、t; 第四節(jié) 時(shí)計(jì)數(shù)器的EWB仿真</p><p> 在EWB主界面內(nèi)建立如圖 5-5 所示電路</p><p> 第五節(jié) 校時(shí)電路的EWB仿真</p><p> 第六節(jié) 多功能電子鐘整體電路的EWB仿真</p><p> 第七節(jié) 多功能電子時(shí)鐘仿真調(diào)試過程中的問題及解決方案</p><p> 首先是對(duì)秒計(jì)
73、數(shù)電路進(jìn)行調(diào)試:將接好的秒計(jì)數(shù)電路的個(gè)位的計(jì)數(shù)輸入與振蕩電路的輸出端相連接,點(diǎn)擊仿真軟件的仿真按鈕,很順利的顯示了所預(yù)測(cè)的結(jié)果即:秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位能準(zhǔn)確以十進(jìn)制形式計(jì)數(shù);秒計(jì)數(shù)器的十位也能準(zhǔn)確以六進(jìn)制的形式計(jì)數(shù)。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位計(jì)數(shù)到9后自動(dòng)向秒計(jì)數(shù)器的十位計(jì)數(shù)。</p><p> 對(duì)分計(jì)數(shù)電路的調(diào)試:這部分的電路和秒計(jì)數(shù)電路是一樣的都是六進(jìn)制的,所以用相同的方法進(jìn)行仿真,打開仿真開關(guān)。最常見的問題是:秒計(jì)數(shù)電路
74、在正常運(yùn)行,但是分計(jì)數(shù)電路在當(dāng)秒計(jì)數(shù)到59時(shí)是分的個(gè)位上的數(shù)碼管顯示為0,這說明沒有得到進(jìn)位。原因在于分的個(gè)位計(jì)數(shù)輸入端與秒計(jì)數(shù)的十位進(jìn)位輸出端相連接,因?yàn)?4160的芯片分的個(gè)位計(jì)數(shù)端要與秒的十位的異步置零控制端線連接,應(yīng)改正線路,其后的運(yùn)行結(jié)果與秒計(jì)數(shù)電路是一樣的。</p><p> 對(duì)小時(shí)計(jì)數(shù)電路的調(diào)試:這部分電路相對(duì)分秒計(jì)數(shù)電路不同之處是,它要求是12翻1的在對(duì)兩片74160級(jí)聯(lián)要求滿足個(gè)位為二,十位為
75、一在通過與非門相連.。</p><p><b> 結(jié)束語</b></p><p> 經(jīng)過了三個(gè)月的學(xué)習(xí),我終于完成了多功能電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)。從開始接到論文題目到設(shè)計(jì)方案的確定,再到論文文章的完成,每走一步對(duì)于我來說都是新的嘗試和挑戰(zhàn)。這也是我在大學(xué)期間完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里,我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受。通過這次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和探索,查看相關(guān)的書籍和
76、資料,讓自己的頭腦模糊的大概到逐漸的清晰,使自己的設(shè)計(jì)逐步完善起來,每一次改進(jìn)都使我收益頗豐。</p><p> 雖然我的設(shè)計(jì)不是很成熟,還有很多不足之處,但是我付出了自己的勞動(dòng),這是我引以自豪的地方,我相信只有經(jīng)歷的人才會(huì)明白其中的酸甜苦辣。這次做設(shè)計(jì)的經(jīng)歷也使我終身受益,我感受到做設(shè)計(jì)是要真正用心去做的一件事情,是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程</p><p> 回首四年,取得了
77、些許成績(jī),生活中有快樂也有艱辛。感謝老師四年來對(duì)我諄諄不倦的教誨,對(duì)我成長(zhǎng)的愛護(hù)和關(guān)心。學(xué)友情深,情同兄妹。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨,我們一同走過,充滿著關(guān)愛,給我留下了值得珍藏的最美好的回憶。</p><p> 在我的十幾年的求學(xué)歷程中,離不開父母的鼓勵(lì)和支持,是他們辛勤的勞作,無私的付出,為我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)條件,我才能順利完成我的學(xué)業(yè),感激他們一直以來對(duì)我的撫養(yǎng)和培育。</p><p>
78、最后,我要特別的感謝xx老師。是她在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我巨大的幫助與鼓勵(lì),是我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì),在此,表示衷心的感激!由于本人第一次完整的設(shè)計(jì),加之水平有限,設(shè)計(jì)中難免與不當(dāng)之處,還請(qǐng)各位老師給予批評(píng)、指正。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> (1)康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社 2006.1&l
79、t;/p><p> (2)陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).高等教育出版社 2005.12</p><p> ?。?)薛鵬騫等.電子與通信電路計(jì)算機(jī)仿真一EWB虛擬實(shí)驗(yàn)室[M].北京:煤炭工業(yè)。</p><p> (4)時(shí)述有,張昕,畢娟.EWB在電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].丹東紡專學(xué)2004(4)。 (5)徐凡.電子電路的EWB仿真分析與設(shè)
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