数字日历倒计时电路的设计.doc

本科毕业论文（设计）论文题目：数字日历倒计时电路的设计作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。特此声明。作者专业：作者学号：作者签名：年 月 日数字日历倒计时电路的设计The Design Of Digital Calendar Countdown Circuit 2013年05月08日摘 要随着科学技术的快速发展，人们对电子产品的要求更是越来越高。为适应发展，数字日历已成为人们日常生活中必不可少的必需品，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展，使得数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。 本文主要的研究内容是时分秒的倒计时以及独立的时间显示，首先要设计一个能自动产生稳定时间脉冲的信号源；还需要有一个使高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号的低频器电路，即频率为1KZ的“秒脉冲”信号，再经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数；最后，采用Multisim软件进行了仿真。主要研究结论如下：（1）能进行日（099）、时、分、秒的倒计时以及独立的时电路。（2）能进行倒计时的预置和快速校时，每到整十日，发出提示信号。关键词：数字日历；倒计时； MultisimAbstractWith the rapid development of science and technology, people demand for electronic products is more and more high. For adapting to the development of the digital calendar has become people indispensable necessities in daily life, to peoples life, study, work, entertainment, bring great convenience. Because the development of digital integrated circuit technology, digital clock walking has advantages of accurate, stable performance, easy to carry, it is also used in timing, automatic feed and automatic control and other fields.This article main research content of minutes countdown, and independent of time, according to first design a can automatically generate stable time pulse signal; Also need to have a high frequency pulse signal into suitable for timing of low frequency pulse signal of low frequency circuit, the frequency of 1 kz second pulse signal, again through the frequency divider output pulse signal to the counter to count the seconds; Finally, the Multisim software is used for the simulation. Main research conclusion is as follows:(1) to date (0 99), hours, minutes, seconds countdown, and independent of the circuit.(2) able to preset countdown and rapid school, every ten days, signal hint.Keywords：Digital calendar; The countdown;Multisim目 录1 绪 论11.1 研究的目的和意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容与研究方法22 555多谐振荡的原理32.1 555定时器的工作原理32.2 555构成的多谐振荡电路43 74LS192芯片简介63.1 74LS192功能表63.2 74LS192构成减法计数器64 Multisim软件简介84.1 Multisim 系统简介84.2 Multisim的基本界面85 基于Multisim的仿真与设计155.1 秒倒计时电路的设计155.2 天倒计时电路的设计155.3 总电路图的设计165.4 小结16结 语17主要参考文献18- 17 -1 绪 论1.1 研究的目的和意义数字日历已成为人们日常生活中必不可少的必需品广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。 数字日历倒计时电路是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭、车站、 码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表， 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等所有这些都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用有着非常现实的意义。1.2 国内外研究现状随着科学技术的快速发展，人们对电子产品的要求更是越来越高。为适应发展，人们对数字日历倒计时电路的研究也有所加深，使得数字日历倒计时不在仅仅简单的只是一个钟表的作用，它的体积更加小巧，功能更加强大，还增加了定时控制、闹铃等功能；它设计的外表更加的时尚、美观，适合人们审美观点的改变；它的性能更加稳定，走时误差也越来越小。数字日历倒计时电路用到了数字部分、逻辑门电路、计数器、编码器、译码器显示等基本原理，同时也要使用一些简单的电子元器件，如74系列芯片、555定时器、二极管、电阻、常用芯片、蜂鸣器、数码管，并进一步熟悉对电路仿真软件Multisim11的使用，做这样一个数字日历倒计时电路的设计有利于提高我们的电子设计水平。在设计中采用由555定时器构成的多谐振荡器，可以给数字日历倒计时电路提供一个频率稳定的准确度方波信号，能保证数字日历倒计时电路的走时稳定及准确。秒计数器是用集成电路按反馈置零连接而成的，秒计数器的十位和个位输出脉冲除用做自身清零外，同时还作为分计数器的输入信号。分计时器电路与秒计数器电路相同。本选题是基于Multisim11软件来仿真设计的，而 Multisim11软件是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，与以往传统的电路设计过程相比较,节省了用实际元器件安装调试电路的过程,极大地提高了电路实验设计质量。1.3 研究内容与研究方法（1）研究内容文章首先分析555定时器的功能，然后根据它设计了一个能自动产生稳定时间脉冲的信号源，再将高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号的低频器电路，经过分频器输出秒脉冲信号到计数器中进行计数，最后设计出倒计时电路。（2）研究方法基于Multisim软件的电路设计仿真。Multisim软件进行仿真分析的基本步骤为：创建仿真电路、设置电路图中元器件的参数和有关选项、调用仿真仪器、设定仿真分析方法、打开仿真开关、启动Multisim仿真，仿真结果将展示在计算机窗口中。2 555多谐振荡的原理2.1 555定时器的工作原理555定时器的功能主要取决于比较器，比较器的输出控制着RS触发器和三极管T的状态。RD为复位端。当RD=0时，输出u0=0，T管饱和导通。此时其他输入端的状态对电路无影响。正常工作时，应将RD接高电平。表2.1 555定时器功能表RDu16 u12u0T状态0X X0导通12Ucc/3 2Ucc/3 Ucc/31导通1Ucc/3不变不变2.2 555构成的多谐振荡电路 图2.1 555定时器构成多谐振荡电路当接通电源后，电容C1上的初始电压为0，使电路输出为1，放电管T截止，电源通过R2、R5、R6向C充电，当Uc上升到Ucc/3时，电路状态保持不变，当Uc继续充电到2Ucc/3时，电路发生翻转，输出变为0。这时T导通，电容C1通过R6、T到地放电，Uc开始下降。当降到Ucc/3时，输出又翻回到一状态，放电管T截止，电容C1又开始充电。其振荡脉冲如图2.2所示：图2.2 脉冲信号振荡频率为3 74LS192芯片简介3.1 74LS192功能表74LS192是同步十进制可逆计数器，其功能表如表3.1所示。由功能表可知，74LS192具有以下功能。表3.1 74LS192功能表输 入输 出功 能清零CLR置数LD加法时钟CPu减法时钟CPd数据输入D3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q01XXXX X X X0 0 0 0异步清零00XXD3 D2 D1 D0D3 D2 D1 D0异步置数011X X X X递增8421BCD码递增置数011X X X X递减8421BCD码递减计数0111X X X XQ3n Q2n Q1n Q0n保持不变（1）异步清零。当CLR=1时异步清零，它为高电平有效。（2）异步置数。当CLR=0(异步清零无效)、LD=0时异步置数。（3）加法计算。当CLR=0，LD=1(异步置数无效)且减法时钟脉冲CPD=1时，则在加法时钟脉冲CPu上升沿作用下，计数器按照8421BCD码进行递增计数：00001001。（4）减法计数。当CLR=0，LD=1且加法时钟脉冲CPu=1时，则在减法时钟脉冲CPD上升沿作用下，按照8421BCD码进行递减计数：10010000。（5）数据保持。当CLR=0，LD=1，CPu=1，CPD=1时，计数器输出状态保持不变。3.2 74LS192构成减法计数器倒计时电路的作用是在输入脉冲的作用下，实现倒计时计数功能，根据天、时、分、秒的特点需要设计不同的计时电路，根据设计要求，天计时电路应该为99进制计数器，小时计时电路应为24进制计数器，分计时电路和秒计时电路是60进制的计数器。1.秒计时器：像减法时钟脉冲信号输入1HZ的CP脉冲信号，当个位计数器达到最小值0时，像十位计数器输入一个脉冲；当十位计数器也变成0时，像分计数器输入一个脉冲信号；当秒计时器的十位和个位都为0时，74LS192芯片会置数，再变为59，依次如此循环。2.分计时器：秒计时器像分计时器输入一个脉冲信号后，分计时器的个位开始由9到0慢慢变小，原理和秒计时器一样。3.小时计时器：分计时器像小时计时器输入一个脉冲信号后，小时计数器是由23到00的一个循环变化。4.天计时器：小时计时器输入一个脉冲信号后，天数是由99到00的一个循环。 4 Multisim软件简介4.1 Multisim 系统简介Multisim是美国国家仪器公司最新推出的Multisim最新版本。目前美国NI的EWB包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。 Multisim、 Ultiboard、 Ultiroute及Commsim4个部分相互独立，可以分别使用。本次设计中所要用到Multisim软件的电路仿真设计模块。通过这个模块对整个电路进行分析，参数的选取。最后得出相应的波形。4.2 Multisim的基本界面（1）Multisim的主窗口双击Multisim11.0 试用，启动Multisim11.0，就可以看到见图4.1所示的Multisim的主窗口。图4.1 Multisim的主窗口（2）Multisim菜单栏Multisim11.0有12个主菜单，如图4.2，4.3，4.4，4.5，4.6，4.7，4.8所示，菜单中提供了本软件几乎所有的功能命令。新建一个文件夹图4.2 文件菜单选择电路中所有的元器件，导线和仪器仪表图4.3 编辑菜单按比例放大到合适的页面全屏图4.4 窗口显示菜单放置总线放置文字放置节点图4.5 放置菜单开始仿真图4.6 仿真菜单文件输出菜单 图4.7 文件输出菜单用户界面设置全部参数设置图4.8 选项菜单(3)元件工具栏元件工具栏可以添加一些常用的元器件，设计所需的电路图。元件工具栏如图4.9所示：图4.9 元件工具栏从左到右依次是： 电源按钮 基本元件按钮 二极管按钮晶体管按钮 模拟元件按钮 元器件按钮 74系列 元器件按钮 COMS系列 其它数字元器件按钮 模数混合元器件按钮 指示器件按钮 功率组件 杂项库元器件按钮 先进的外围设备 射频元器件按钮 机电元器件按钮 NI原件 单片微型计算机 设置元器件按钮 放置总线按钮 (4)仪表工具栏仪表工具栏可以对设计好的电路图进行仿真，具有一些常用的仪器仪表。如图4.10所示：图4.10 仪表工具栏 比较常用的是： 数字万用表（Multimeter） 函数信号发生器（Function Generator） 瓦特表（Wattmeter） 示波器（Oscilloscope） 四通道示波器（4 channel Oscilloscope） 波特图仪（Bode Plotter） 频率计数器（Frequency counter） 字符信号发生器（Word Generator） 逻辑分析仪（Logic Analyzer）5 基于Multisim的仿真与设计5.1 天数倒计时电路的设计天数倒计时是要从99天开始，所以可以在74LS192芯片中直接预设一个99的数字，脉冲频率是由555定时器构成的，每来一个脉冲信号，就直接减1，天数倒计时电路的原理图如图5.1所示：图5.1 天数倒计时电路5.2 秒倒计时电路的设计秒倒计时电路的设计就是要实现一个从59到00的循环，必须在74LS192芯片中设置一个数字59，每当芯片变为00的时候，再来一个脉冲就直接跳转为59，脉冲信号也是由555定时器产生的。而小时倒计时电路、分倒计时电路的原理和秒倒计时电路一样，只是在置数的时候将分倒计时电路的59改成小时倒计时电路的23就可以了。其秒倒计时电路的原理图如图5.2所示：图5.2 秒倒计时电路5.3 总电路图的设计 独立的天数倒计时电路、小时倒计时电路、分倒计时电路和秒倒计时电路都已经设计出来了，只需要将他们接起来就可以了，而分倒计时电路的脉冲信号是当秒计数变为00时，在来一个脉冲信号，分计时器就会自动减1，小时倒计时电路和天数倒计时电路与分倒计时电路的原理一样。设计出来的总倒计时电路如图5.3所示：图5.3 99天倒计时电路5.4 小结 通过这次对数字日历倒计时电路的设计与制作，我认真学习了555定时器如何构成的多谐振荡器，让其产生1HZ的脉冲信号，也掌握了71LS192芯片的一些功能，对数字日历倒计时电路有了一定的了解。数字日历倒计时电路是基于数字计数器的原理来设计的。我设计的数字日历倒计时主要包括对震荡器、计数器、译码管以及倒计时电路的设计。其中振荡电路是采用555定时器构成的多谐振荡器，产生1HZ的脉冲信号。由于电路仿真的速度较慢，故要求实际设计的电路频率要进可能的大。 在本次论文设计中，我学习了74LS192芯片的功能和作用，74LS192是同步十进制可逆计数器， 同时具有异步清零和置数等功能，通过对74LS192外部不同方式的连接已经加上少量逻辑门，可以组成任意进制的计数器。而对于我本次的论文设计，只需要构成一个24进制的计数器、两个60进制的计数器和一个99进制的计数器。掌握了这些基本的原理，就可以设计出一个数字日历倒计时电路了。实际的电路图和设计出来的还是有一定的区别的，主要体现在脉冲源产生的脉冲比较慢，这只需要将电路中的频率调大点，这样在电路仿真时，看输出结果就不至于要等很久了。结 语经过将近两个月的努力和坚持，我的毕业设计终于要写完了，由于是第一次做毕业设计，在设计制作过程中遇到了许多问题，如果没有导师的督促指导，以及同学的帮助和支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里要首先感谢我的导师赵庆老师。赵老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从开题报告的确定和修改，中期自查表，后期详细设计以及论文的修改等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了在心里感谢赵老师之外，我只能深深的说一句老师您辛苦了，我非常敬佩您的专业水平，您严谨的治学态度和科研精神也是我永远学校的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次，我要感谢同学对我无私的帮助，假如没有她们的帮助和鼓励，这个论文可能还要得一段时间才能完成；我也要感谢我的母校-武昌工学院，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾经给我讲过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。谢谢大家了，谢谢你们给予我的帮助！在论文即将完成之际，终于开始领悟到将近成功的那一份喜悦，从撰写报告开始，到查找资料，电路设计，写论文，我学会了细心与耐心，也领