数字日历电路设计数字电子技术课程设计报告.doc

数字电子技术课程设计报告数字电子技术课程设计报告设计题目：数字日历 班 级：计算机1202 课程设计任务书课程设计题目：数字日历设计目的：1. 进一步熟悉中、小规模数字集成电路的工作原理及使用方法。2. 掌握小型数字系统的设计、组装与调试方法。设计内容： 用常用的中、小规模数字集成电路设计一个小型数字系统，自行设计、完成系统的功能。设计要求：1.理论设计部分独立完成系统的原理设计。说明系统实现的功能，应达到技术指标，进行方案论证，确定设计方案。画出电路图，说明各部分电路的工作原理，初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号，列出元器件明细表。系统中包含的中、小规模集成电路的种类至少在六种以上。2.模拟仿真根据理论设计用multisim 10在计算机上进行仿真。验证所设计方案的正确性。分析电路的工作原理，写出仿真报告。3.安装调试部分实现所设计的小型数字系统，并进行单元测试和系统调试，完成系统功能。若系统出现故障，排除系统故障，分析并记录系统产生故障的原因，并将此部分内容写在报告中。摘 要日历是一种日常使用的出版物，用于记载日期等相关信息。每页显示一日信息的叫日历，每页显示一个月信息的叫月历，每页显示全年信息的叫年历。有多种形式，如挂历、座台历、年历卡等，如今又有电子日历。逢年过节，往往会送亲友日历已显亲情友情可日历在现代社会中是很重要的。而纸制日历对森林保护不利，因此设计电子日历意义重大。在设计日历倒计时器时，采用了模块化的思想，使得设计简单、易懂。本设计能进行月、日、星期的的计数，在社会生活中具有实际的应用价值。关键字：日历目 录课程设计任务书i摘 要ii1.概述12.课程设计任务及要求12.1 设计任务12.2 设计要求13.理论设计23.1方案论证23.2 系统设计23.2.1结构框图及说明23.2.2系统原理图及工作原理33.3 单元电路设计53.3.1单元电路工作原理53.3.2元件参数选择104. 软件仿真114.1 仿真电路图114.2 仿真过程124.3 仿真结果125.安装调试135.1安装调试过程135.2安装调试结果145.3故障分析156. 结论167. 使用仪器设备清单178. 参考文献179.收获、体会和建议18附录20ii1.概述数字逻辑与数字系统课程设计是电子技术课程学习过程中非常重要的一环，是将理论知识和实践能力紧密结合的一环。在本次设计数字日历的过程中，首先在选题方面下了功夫。我选取了数字日历作为我的课程设计题目。本次设计主要分为译码电路，数码显示电路，月、日、星期计数电路，控制电路四个模块，使用了74ls00、74ls48等六种中小规模集成电路。其中最主要的是日、月、星期计数显示模块和控制电路模块。2.课程设计任务及要求2.1 设计任务 本次设计任务为数字日历，分为译码电路，数码显示电路，月、日、星期计数电路，控制选择电路四个模块，使用了74ls00、74ls04等六种中小模集成电路完成设计要求。2.2 设计要求设计一个数字日历电路。要求如下： 1、用五个数码管分别显示月、日、星期。 2、月、日的计数显示均从1开始，并实现大小月份自动调节功能，即日期的计数实现大月31天，小月30天，二月28天。 3、对星期的计数显示从1到6再到日（日用8代替）。3.理论设计3.1方案论证 本数字日历主要由计数显示电路和控制电路组成，计数显示电路主要由同步十进制计数器74ls160构成日期、月份及星期计数器；然后通过译码数码管显示器显示出来，控制调节电路则是利用74ls151四选一数据选择器和组合控制逻辑电路去控制日期计数器及月计数器的置数端和使能端，从而实现大小月份自动调节功能。星期显示在脉冲作用下，从星期一到星期日循环计数，从而形成星期随着日期循环显示。综上，该方案是具体可行的3.2 系统设计3.2.1结构框图及说明数字日历电路的总体设计框图如图所示。它包括四个模块：译码电路，数码显示电路，月、日、星期计数电路，控制选择电路。其中最主要的是倒计时模块和时钟模块以及控制电路模块。计数显示电路主要由同步十进制计数器74ls160构成日期、月份及星期计数器；然后通过译码数码管显示器显示出来，控制调节电路则是利用74ls151四选一数据选择器和组合控制逻辑电路去控制日期计数器及月计数器的置数端和使能端，从而实现大小月份自动调节功能。星期显示在脉冲作用下，从星期一到星期日循环计数，从而形成星期随着日期循环显示。 总体设计框图3.2.2系统原理图及工作原理1、 工作原理“日期计数器” 由两片十进制计数器74ls160同步预置数（高位片置入0000，低位片置入 0001）构成，置数端信号由控制电路给出，使其每次从1开始计数（对应每月第一天是1号），从日计数器的输出译出28、30、31这三个信号，将月计数器设置成12进制使其记到12后又从1开始计数。控制电路是由74ls151和组合逻辑电路组成，根据月计数器的输出月份，判断其是大月、小月、还是2月，选择大月这路信号跟31这个信号去控制日计数器的置数端，同时给月计数器的cp端信号使其计数，同样小月选择30这路信号，2月选择28这路信号去控制日计数器的置数端与月计数器的cp端。最后给日计数器的地位片信号源使其计数。同时在脉冲作用下，使星期循环计数，随着日期的变化而变化。2、系统原理图图3.2 系统原理图3.3 单元电路设计3.3.1单元电路工作原理1. 计数显示电路的设计 1.1 日期计数显示电路“日期计数器”采用两片十进制计数器160同步预置数构成，控制置数端使其每次从1开始计数（对应每月第一天）。其中mr为异步置0控制端，在此电路中无需用到，故高低位片的clr都接高电平；rco为进位输出端，当计数到（1001）9时，会在rco端产生一个1的脉冲（rco平时为0），因此低位片的rco接高位的ent和enp，高位片的rco不用，故悬空；ent和enp为计数控制端，其中低位的ent和enp接高电平，使其一直计数，高位的ent和enp接来自低位的进位信号，使高位片在低位片进位一次时计数一次；高位计数器输入端置入0（接0000），低位置入1（接0001），从而使每个月第一天从01开始。计数器输出端，分别接译码数码管的输入端； loda为同步置数控制端，计数器的高位片和低位片的loda连在一起，然后接到151的输出端，每次到每个月的最后一天由151的输出端输出一个低电平，送至loda,使计数器高位置0，低位置1，从而实现每月从01开始计数，到最末一天后又返回第一天循环计数。以下为日期计数显示电路图。（日期计数显示电路图） 1.2 12进制月计数显示电路此电路由2片74160，一个与非门7400和数码管显示器实现。采用两片74160同步预置数构成，控制置数端使其每次从1开始计数（对应每年第一月）。其中mr为异步置0控制端，在此电路中无需用到，故高低位片的clr都接高电平；rco为进位输出端，当计数到（1001）9时，会在rco端产生一个1的脉冲（rco平时为0），因此低位片的rco接高位的ent和enp，高位片的rco不用，故悬空；ent和enp为计数控制端，其中低位的ent和enp接高电平，使其一直计数，高位的ent和enp接来自低位的进位信号，使高位片在低位片进位一次时计数一次；高位计数器输入端置入0（接0000），低位置入1（接0001），从而使月份从一月开始。计数器输出端，分别接译码数码管的输入端； 与非门7400通过检测高位的0001和低位的0010高电平，当高位最低位和低位次低位同时为1时产生一低电平，送至loda,使计数器高位置0，低位置1，从而实现12进制月份计数器，且第一个月从01开始计数，到最末一月后又返回01循环计数。以下为日期计数显示电路图。（月计数显示电路） 1.3 星期计数显示电路该电路由一片74ls160，一片显示译码器74ls48，一三输入与非门74ls10及数码管构成。74160的输入端（d3d0）置入0001，使其每次从星期一开始计数，输出端（q0q3）接7448输入端。清零端mr及使能端ent,enp同时接高电平，clk接和日期显示电路统一的外部时钟，从而实现星期与日期同时计数。显示译码器7448的rbi，bi/rbo同时接高电平，输出端接数码管输入端。三输入与非门7410输入端接74160输出端的q2q0，通过检测输出的0111，当q2q0同时为1时，产生一低电平送至74160的置数端load，使74160置数为1，从而实现7进制的计数电路；同时由于星期天与中文中的日相似，所以用8表示星期日，即可通过当计数器计数到7时通过与非门7410产生的低电平送至7448的灯测试端lt，将7变成8，表示星期日。以下为星期计数显示电路图。（星期计数显示电路） 2. 控制选择电路 控制选择电路主要由四选一数据选择器74ls151和组合逻辑电路组成。大月为01（0000 0001）,03（0000 0011）,05（0000 0101）,07（0000 0111）,08（0000 1000）,10（0001 0000）,12（0001 0010）月，小月为04（0000 0100）,06（0000 0110）,09（0000 1001）,11（0001 0001）月，02（0000 0010）月为28天，通过比较，每月可通过高位最低位与低位最高位相与，低位次高位及低位最低位三组数据表示，即可用大月为001,011,100,小月为010，101,2月为000来表示，将其分别送入74151的输入端c、b、a。利用74151产生关于大小月的函数y=error! no bookmark name given.，其大小月进制通过组合逻辑电路分别从日期显示电路中译出日期28、30、31接到选择器的输入端（x0x7），选择器的输出作为日期计数显示电路的置位信号和月份时钟信号分别接到日期显示电路和月显示电路中，从而实现大小月份自动调节功能。以下为控制选择电路图。（控制选择电路图） 3.3.2元件参数选择1.数码显示部分查阅资料可知，数码显示部分通常由数码管、led显示屏等组成。其中数码管有七段和八段之分，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，即多一个小数点显示；按能显示多少个8可分为1位、2位、4位等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成共阳极数码管。共阳极数码管在应用时应将公共极com接到+5v，当某个一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段不亮。共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成共阴极数码管。共阴极数码管在应用时应将公共极com接地，当某个一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段不亮。数码管显示的优点是亮度高，显示大，驱动部分的软件简单，但与液晶显示相比，耗电及体积大，占用引脚多，显示内容较少。由于本电路要求显示内容较少，且液晶显示造价较高，故本系统采用七段共阴数码管显示，通过两位读数来读取到当前计数。2. 基本逻辑门电路本系统所选的基本逻辑门是以简单实用为原则选取的，避免了利用单一器件造成芯片数量增加的问题，能使芯片被最大程度利用，本系统所用的基本门有非门、与门、与非门。各个门电路的元件图如下图3.9所示。 （1）74ls04非门 （2）74ls08与门 （3）74ls00与非门图3.9几种门电路的元件图4. 软件仿真4.1 仿真电路图软件仿真电路图如图4.1所示。图4.1 仿真电路图4.2 仿真过程由555定时器输入秒脉冲该数字日历自动跳动日期4.3 仿真结果仿真结果如图4.2、4.3、4.4所示。图4.2 仿真结果图（1） 图4.3 仿真结果图（2）5.安装调试5.1安装调试过程在实验室试验台上，按照图5.1连接数字抢答器电路。图5.1 数字抢答器电路图在实际操作时，将单次脉冲的开关设置为启动开关，将高低电平开关设置为抢答开关。5.2安装调试结果按照电路图连接原理图，可以实现如下功能：电路连上电后在抢答前，由主持人进行系统复位，确定抢答允许时间。主持人发出抢答命令同时按下启动定时开关。抢答者听到抢答开始命令后，通过各自的按钮开关输入抢答信号。数字抢答器具有数字显示抢答者序号功能。同时配有声、光报警，并且有抢答序号锁定功能。对犯规抢答者（包括提前抢答和超时抢答）除有声、光报警外，还有显示抢答犯规者序号功能。5.3故障分析在实验室实际操作过程中，遇到了许多问题，主要有以下几个：（1）逻辑问题：出现这个问题主要是因为我们在实验之前对这个电路的设计了解的不够全面，其工作原理没有深刻理解，这个只要做好前期工作（画功能表、真值表并进行仿真）一般可以避免。实验过程中在将电路连接好之后，发现不能实现抢答功能，后来仔细分析电路后，发现每次将开关使用完后应该恢复为初始高电平状态。（2）电路连线过程中的问题：如短路问题，断路问题，混线问题等。对于短路和断路问题，通常利用实验箱上的逻辑笔测量某处是否逻辑正常，通常逻辑1处逻辑笔呈红灯，电压至少3v以上，逻辑0处逻辑笔呈绿灯，电压应不高于0.5v，一般在正常工作的电路中不会出现高阻态，一般高阻态是由于电路中某导线出现断路，一般在实验前对导线进行导通性检查即可避免。混线问题一般需要按照电路图检查有无多接、少接或错接的连线，是否有引脚接错的器件。此外，通过电路工作状态有时也能推测出混线的地方。如果都未发现，可用万用表或逻辑笔检测各引脚逻辑电压情况。（3）布线问题：布线问题在实际操作中非常重要。通常元器件的位置是固定的，元件之间距离的远近决定选择相应长度的导线，若导线选择过长，则会造成多余长度的导线占据很大的空间，使电路连接混乱，易造成连接错误。另外，并不是所有的元件vcc端都要接在总电源5v接口上，可以互相串接到另一个器件的vcc上，最后一端接总电源，gnd同理，这样可以避免多个接线柱之间的连接错误。（4）芯片问题：在实验过程中，当其他地方未能发现错误时，这时需要考虑芯片是否出现问题（被烧坏、接触不良等）。在本次实验中，我们组的555定时器和74ls00两个芯片均为已被烧坏的芯片，通常这类问题找老师换新芯片即可解决问题。我们最后通过自身努力，排除所有故障，达到正确连接并使用数字抢答器的目的。6. 结论 连接电路的时候，会发生很多意外情况，有些是人为的，连线时不小心产生的，有些是原理上的错误，在这次课程设中，我也遇到了不少故障，在连接好电路之后打开电源我发现显示器出现乱码，动一下线偶尔又会好，偶尔月份显示出现跳双现象。我先检查芯片的连接，发现芯片的连接没问题，然后在查找连线的问题，经过一段时间的排查，还是没解决问题，最后我只能从观察到的现象去分析问题。数码管跳双，通过对理论送入数码管数据的分析及观察到的实际现象做了对比，发现数据就出在低位数码管最低位不能正常变化，一直为低电平，而正常情况下应该是高低电平交叉变化的，通过分析发现这种现象的原因可能是导线接触不良造成，于是重新接过线后问题解决了。在这次课程设计中，像这样接触不好的类似问题还有很多。 由于整个计数电路都是使用的十进制同步计数器74ls160，为同步预置数，当cp在上升沿到来时输出才会同时变化，所以在实际接线过程中导致开机置数时并没有把第一个月置为1月，从而开机时从00开始计数，到日显示为28时通过逻辑电路产生的低电平使74151输出端产生一脉冲信号使月份变为01，然后才开始正常计数。而在仿真中却没出现这种现象，为了避免这种现象发生，可以采用异步预置数功能的74ls192，开机时可以避免这种现象的发生。同时在连接电路的时候发现，由于这次电路的连接是用用芯片和导线在面包板上搭的，而导线和面包板似乎不那么配套，所以插进去的导线会莫名其妙的自己跑出来，这是最麻烦的，也是遇到最多的，而由于线多且密集，出现问题后又不容易发现，所以这类问题最头疼，我解决这个问题的办法是首先充分考虑芯片的布局，尽量是连线不集中，使芯片分散开，而且使导线越少越好，这样可以减少错误发生的几率，在连线的时候，一定要将导线插进去，且插紧，使其不容易出来。7. 使用仪器设备清单本次设计中用到的元件及其个数见表7-1。元件功能标号数量（片）元件功能十进制同步计数器74ls1605十进制同步计数器四选一数据选择器74ls1511四选一数据选择器三3输入正与非门74ls101三3输入正与非门四2输入正或门74ls321四2输入正或门四2输入与非门74ls001四2输入与非门bcd七段译码器74ls481bcd七段译码器表7-1 使用仪器设备统计表8. 参考文献1. 李景宏，王永军编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，20122. 马学文，李景宏.电子技术实验教程.北京：科学出版社.20133.贾更新.电子技术试验与课程设计.西安：西北工业大学出版社.20104.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，20025.张莉萍，李洪芹，吴健珍，邹睿编著.电子技术课程设计实用教程.北京：清华大学出版社，20146.陈大钦编著. 电子技术基础实验. 北京：高等教育出版社，20007.姚福安编著.电子电路设计与实践.济南：山东科学技术出版社，20018.吕思忠编著.数字电路实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，20039.邓勇编著.数字电路设计完全手册.长沙：国防科技大学出版社，200410.李景宏，马学文.电子技术实验教程.沈阳：东北大学出版社，20129.收获、体会和建议 经过这两周的课程设计，使我明白了不少东西，也学到了很多知识。这次设计不仅让我又一次全面的复习了数字电子技术的一部分知识，同时也让自己体会到了安装一块电路板的酸甜苦辣，从设计到画图，再仿真，到最后接线，每一部分我都用百分百的态度认真的做，尽了自己最大的努力，这使我学到了很多书本上学不到的东西。 首先，让我明白了知识积累的重要性。“书到用时方恨少”，这次课程设计，是深有感触。在做电路仿真时，主要用到的软件是multisim，由于平时用的比价少，很多功能都不会，非常的生疏，遇到不少问题，虽然通过网络找到解决的办法，但是花费了不少时间，最后还借助了proteus软件。这使我明白平时积累的重要性，平时上