课程设计（大作业）报告

课程名称：     数字电子技术课程设计                  

设计题目：  多功能数字时钟的设计、仿真                    

院    系：  信息技术学院                  

班    级：  二班                 

设 计 者：  张三                 

学    号：  79523                  

指导教师：  张*                 

设计时间：  2011年12月19日至12月23日                  

信息技术学院

昆明学院课程设计（大作业）任务书

姓   名：xx                                                   院（系）：信息技术学院

专   业：计算机科学与技术                                 学   号：xx

任务起止日期：20##年12月19日至12月23日

课程设计题目：多功能数字钟的设计、仿真

课程设计要求：

      

1．设计一个数字时钟，具有“秒”、“分”、“时”计时和显示功能，小时以24小时计时制计时；

2．具有校时功能，能够对“分”、“时”进行调整；

3.能够进行整点报时，报时规则为：在59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响持续1s。

工作计划及安排：

1.       周一：安排工作计划，并了解基本实践要求。

2.       周二：细化实践内容，初步了解数字时钟的工作原理，把握设计思路，开始着手相关资料的查阅。

3.       周三：学习proteus仿真软件的相关使用，会利用其构成复杂电路，并进行仿真，实现需要的仿真电路效果，在proteus仿真软件中完成555定时器电路。

4.       周四：在proteus仿真软件中完成多功能数字时钟的基本电路，仿真效果要与实际构想一致；完成多功能数字时钟的扩展功能，如整点报时等等。

5.       完成实验报告。

指导教师签字            

年    月     日     

课程设计（大作业）成绩

学号：xx                    姓名：xxx            指导教师：xx

课程设计题目：多功能数字时钟的设计、仿真

总结：

通过这次实验，掌握关于多功能数字时钟的工作原理，掌握基本逻辑们电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等方面已经学过的知识，并能够将这些熟练应用于实际问题中，我认真的动手学习了数字时钟的基本原理，从实际中再次熟悉了关于本学期数字电路课程中学习的知识，更重要的是熟练掌握了关于proteus软件的使用，收获颇多，增强了自己的工程实践能力。在使用proteus软件的过程中，遇到一些问题，都在老师的帮助下都一一解决了，最终已经能够熟练的运用该仿真软件了。

指导教师评语：

成绩：

填表时间：                                              指导教师签名：

                                                                                                                                                                                                                                  

一、设计目的

为了熟悉数字电路课程,学习proteus软件的使用，能够熟练用它进行数字电路的仿真设计，以及锻炼我们平时独立思考、善于动手操作的能力，培养应对问题的实战能力，提高实验技能，熟悉复杂数字电路的安装、测试方法，掌握关于多功能数字时钟的工作原理，掌握基本逻辑们电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等方面已经学过的知识，并能够将这些熟练应用于实际问题中，我认真的动手学习了数字时钟的基本原理，从实际中再次熟悉了关于本学期数字电路课程中学习的知识，更重要的是熟练掌握了关于proteus软件的使用，收获颇多，增强了自己的工程实践能力。

另外，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

二、设计要求和设计指标

设计一个数字时钟，具有“秒”、“分”、“时”计时和显示功能。小时以24小时计时制计时；具有校时功能，能够对“分”、“时”进行调整；能够进行整点报时，报时规则为：在59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响持续1s。

三、设计内容

3.1 数字钟电路工作原理

3.1.1总体设计

数字时钟基本电路设计图如下图：

图一 总体设计图样

 其基本电路完成“秒”、“分”、“时”计时和显示功能，实现校时功能，同时具有整点报时功能，能够对“分”、“时”进行调整；能够进行整点报时，报时规则为：在59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响时间持续1s。

3.1.2 模块1设计

图二 模块一设计图样

该模块由秒信号发生器、分秒计数器、时计数器、校时电路构成。

图三 秒信号发生器图样

秒信号发生器可采用555定时器构成的多谐振荡器产生1kHz信号，经过1000分频的到；也可通过频率为32768Hz的晶振、阻容元件和门电路构成输出信号频率为32768Hz的晶体振荡器，再经过分频得到。

图四 分秒计数器电路

分秒计数器为模60的计数器。

图五 时钟计数器模块电路

时计数器是一个24小时制得计数器，当数字钟运行到23h59min59s时，秒的个位计数器输入一个秒脉冲，数字钟应自动显示出00h00min00s。

图六 校时开关模块电路

使用数字钟，当数字钟计时出现误差时，必须对时间进行校时，校时是数字钟的基本功能，一般要求能对对时和分分别进行校对。其中，S1为分校时开关，S2为时校时开关，校时脉冲可采用2.5Hz的脉冲信号，校时电路考虑到校时开关的抖动现象，电容器C1、C2可用于部分消除抖动，如果仍不能达到很好的效果，可用基本RS触发器构成消除抖动开关。

3.1.3模块2设计

 

图七 整点报时模块电路

采用每到59Min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响持续1s。其逻辑电路原理如下图分析所示：

表一：整点报时秒个位计数器的状态

3.2主要辅助软件选择

软件：proteus仿真软件。

3.3仿真结果与分析

3.3.1校时的仿真效果

校时的仿真效果：利用“分”、“时”校时将仿真时间调到当前时间。仿真的效果正确，如下图所示：

图八 数字电子时钟校时的仿真效果图

3.3.2报时的仿真效果

报时的仿真效果：将数字时钟的“分”调到59，并且当数字时钟的“秒”自动跳到51秒、53秒、55秒、57秒时开始500Hz低音报时，当数字时钟的“秒”走到59时，有一个维持一秒的1kHz高音报时。效果明显，但不便展示。

图九 数字电子时钟报时的仿真效果图

3.3.3示波器的波形显示效果

图十 proteus仿真软件中示波器的波形显示

3.3.4仿真软件中用到的器件

仿真软件中用到的元器件等：LED数码显示器采用DISPLAY库中的7SEG-COM-CATHODE;按键开关才用ACTIVE中的BUTTON;74系列数字集成电路采用74LS库中的同名器件；电阻采用DEVICE中库中的RES；电容采用DEVICE库中的CAP;电位器采用ACTIVE库中的POT-HG;555定时器采用ANALOG库中的555；压电式无源蜂鸣器用ACTIVE库中的SOUNDER;晶体管采用BIPOLAR中库中的2N2222。

四、本设计改进建议

4.1数字时钟还存在哪些不足？

该设计在一定程度上满足了设计预想中要实现的功能，但是现代生活中科技日益发展，人们生活需求有了很大程度上的变化，要求越来越高，以上的设计一些功能还不够完善。比如人们往往需要日期，这就需要设计一个能够实现闰年与平年、大月与小月判定电路，要完善该功能还需要很复杂的电路。另外，人们还需要闹钟功能，要求高一点的可能还会设置贪睡次数，在第一次闹钟响过以后出现每间隔规定的时间再次叫响。另外，可能会存在一定的不精确性，这就需要对电路器件的优化。

五、总结（感想和心得等）

通过这次实验，掌握关于多功能数字时钟的工作原理，掌握基本逻辑们电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等方面已经学过的知识，并能够将这些熟练应用于实际问题中，我认真的动手学习了数字时钟的基本原理，从实际中再次熟悉了关于本学期数字电路课程中学习的知识，更重要的是熟练掌握了关于proteus软件的使用，收获颇多，增强了自己的工程实践能力。在使用proteus软件的过程中，遇到一些问题，都在老师的帮助下都一一解决了，最终已经能够熟练的运用该软件仿真了。

六、主要参考文献

[1] 《数字逻辑应用与设计》by J. M. Yarbrough 机械工业出版社（中文版）（英文版

[2] 《Digital Logic Circuit  Analysis & Design》 by N. P. Nelson  清华大学出版社

[3]《数字电路电子技术》阎石

 

第二篇：数字电路仿真实验报告

实验一  组合逻辑电路分析

一、参考元件

1、74LS00（四2输入与非门）

2、74LS20（双4输入与非门）

二、实验内容

1、组合逻辑电路分析

图1.1  组合逻辑电路分析

电路图说明：ABCD按逻辑开关“1”表示高电平，“0”表示低电平；

逻辑指示灯：灯亮表示“1”，灯不亮表示“0”。

实验表格记录如下：

表1.1 组合逻辑电路分析真值表

实验分析：

由实验逻辑电路图可知：输出X1==AB+CD  ，同样，由真值表也能推出此方程，说明此逻辑电路具有与或功能。

2、密码锁问题：

密码锁的开锁条件是：拨对密码，钥匙插入锁眼将电源接通，当两个条件同时满足时，开锁信号为“1”，将锁打开；否则，报警信号为“1”，则接通警铃。

试分析下图中密码锁的密码ABCD是什么？

图1.2 密码锁电路分析

实验真值表记录如下：

表1.2 密码锁电路分析真值表

实验分析：

由真值表（表1.2）可知：当ABCD为1001时，灯X1亮，灯X2灭；其他情况下，灯X1灭，灯X2亮。由此可见，该密码锁的密码ABCD为1001.因而，可以得到：X1=

X2=。
实验二  组合逻辑实验（一）

半加器和全加器

一、实验目的

熟悉用门电路设计组合电路的原理和方法步骤。

二、预习内容

1、复习用门电路设计组合逻辑电路的原理和方法步骤。

2、复习二进制数的运算

①用“与非”门设计半加器的逻辑图

②完成用“异或”门、“与或非”门、“与非”门设计全加器的逻辑图

③完成用“异或”门设计三变量判奇电路的原理图

三、参考元件

1、74LS283（集成超前4位进位加法器）

2、74LS00（四2输入与非门）

3、74LS51（双与或非门）

4、74LS136（四2输入异或门）

四、实验内容

1、用与非门组成半加器

由理论课知识可知：

===

==

根据上式，设计如下电路图：

图2.1与非门设计半加器电路图

得到如下实验结果：

表2.1 半加器实验结果记录表格

2、用异或门、与或非门、与非门组成全加器

由理论课知识可知：

=

=

根据上式，设计如下电路：

图2.2 用异或门、与或非门、与非门设计的全加器

实验数据表格所得如下：

表2.2  全加器实验数据表格

3、用异或门设计3变量判奇电路，要求变量中1的个数为奇数时，输出为1，否则为0.

根据题目要求可知：

输出L=

则可以设计出如下电路：

图2.3  用异或门设计的3变量判奇电路

根据上图，可以得到如下实验数据表格：

表2.3 判奇电路实验数据表格

4、用“74LS283”全加器逻辑功能测试

图2.4 元件74LS283

利用74LS283进行如下表格中的测试：

表2.4 “74LS283”全加器功能测试表格

实验三  组合逻辑实验（三）

数据选择器和译码器的应用

一、实验目的

熟悉数据选择器和数据分配器的逻辑功能和掌握其使用方法。

二、预习内容

1、了解所用元器件的逻辑功能和管脚排列

2、复习有关数据选择器和译码器的内容

3、用八选一数据选择器产生逻辑函数和

4、用3线-8线译码器和与非门构成一个全加器

三、参考元件

1、数据选择器74LS151

2、3—8线译码器74LS138

四、实验内容

1、数据选择器的使用：

当使能端EN=0时，Y是、、和输入数据～的与或函数，其表达式为：

（表达式1）

式中是、、构成的最小项，显然当=1时，其对应的最小项在与或表达式中出现。当=0时，对应的最小项就不出现。利用这一点，不难实现组合逻辑电路。

将数据选择器的地址信号、、作为函数的输入变量，数据输入～作为控制信号，控制各个最小项在输出逻辑函数中是否出现，使能端EN始终保持低电平，这样，八选一的数据选择器就成为一个三变量的函数产生器。

①用八选一的数据选择器74LS151产生逻辑函数

将上式写成如下形式：

该式符合表达式1的标准形式，显然、、、都应该等于1，而式中没有出现的最小项、、、，它们的控制信号、、、都应该等于0，由此可画出该逻辑函数产生器的逻辑图：

图3.1 逻辑电路图

经过实验验证，得到如下真值表：

表3.1 真值表

由实验所得真值表可知：此逻辑电路能实现逻辑表达式 的功能

②用八选一的数据选择器74LS151产生逻辑函数，根据上述原理自行设计逻辑图，并验证实际结果。

=

由以上最小项形式可以设计如下逻辑电路图：

图3.2 逻辑电路图

实验测的真值表如下：

表3.2 真值表

2、3-8线译码器的应用

用3-8线译码器74LS 138和与非门构成一个全加器，写出逻辑表达式并设计逻辑电路图。验证实际结果。

全加器的和与新进位的表达式如下：

===

===

做出如下逻辑电路图：

图3.3  74LS138做成的全加器逻辑电路图

通过实验得到如下真值表：

表3.3 全加器真值表

通过真值表中的数据可以看出，按照图3.3的逻辑电路可以做成全加器。

3.扩展内容

用一片74LS151构成四变量的判奇电路。

 

画出如下电路图：

图3.4 74LS151做成的判奇电路

通过实验得到如下真值表：

表3.4 判奇电路真值表

实验四  触发器和计数器

一、实验目的

1、熟悉JK触发器的基本逻辑功能和原理

2、了解二进制计数器工作原理

3、设计并验证十进制、六进制计数器

二、预习内容

1、复习有关RS触发器，JK触发器，D触发器的内容

2、预习有关计数器的工作原理

3、用JK触发器组成三精制计数器，设计电路图

4、用74LS163和与非门组成四维二进制计数器，十进制计数器，六进制计数器，设计电路图

三、参考元件

1、74LS00四反相器

2、74LS107双JK触发器

3、74LS74双D触发器

4、74LS63可预置四位二进制计数器（同步清零）

四、实验内容

1、RS触发器逻辑功能测试

用一块74LS00与非门构成RS触发器，用万用表测量Q及的电位，并记录于下表中

图4.1  RS触发器电路图

实验记录表格如下：

表4.1  RS触发器实验功能表

2、六进制计数器

图4.2  六进制计数器

3、十进制计数器

图4.3   十进制计数器

4、六十进制计数器

图4.4  六十进制计数器

实验五  数字电路综合实验

一、实验目的

1、学会计数器、译码器、显示器等器件的使用方法

2、学会用它们组成具有计数、译码、显示等功能的综合电路，并了解他们的工作原理。

二、预习内容

1、复习有关计数器、译码器、寄存器、显示器的内容

2、熟悉有关元器件的管脚排列

3、设计十进制计数译码显示电路。

三、参考元件

译码器74LS248、计数器74LS169、共阴极七段显示器

四、实验内容

1、按自行设计电路图接线

图5.1  十进制的加计数电路

2、合上电源。当计数器预置初始状态“0000”后，将“置数”改为“1”态，由CP输入1Hz的连续方波。检查输入脉冲数与显示器上显示的十进制数字是否相符。

五、实验分析

分析实验结果，讨论：利用上述方法，能否扩大成0~99的计数、译码、显示电路？计数器的进位如何实现？

答：可以扩大成100进制的计数、译码显示电路，利用两块计数器、两块译码器和两个显示器，组合后就能有以上功能。

可以设计成如下电路：

图5.2  100进制电路图

实验六  555集成定时器

一、实验目的

熟悉与使用555集成定时器

二、预习内容

复习有关555集成定时器的内容和常用电路

三、参考元件

555集成定时器

四、实验内容

1、555单稳电路

①按图接线，组成一个单稳触发器。

②测量输出端（3端），控制端（5端）的电位并与理论值比较。

③用示波器观察输出波形以及输出电压的脉宽。（脉宽）。

图6.1  555单稳触发器

图6.2  示波器观察单稳触发器输出端的波形

2、555多谐振荡器

①按图接线，组成一个多谐振荡器。

输出矩形波的频率为：

②用示波器观察输出波形。

图6.3  555构成的多谐振荡器

图6.4   用示波器观察的多谐振荡器输出端的波形

3、接触开关

按图接线，构成一个接触开关。摸一下触摸线，LED亮一秒。

图6.5  触摸开关逻辑电路图

实验七  数字秒表

一、实验目的

1、了解数字计时装置的基本工作原理和简单设计方法。

2、熟悉中规模集成器件和半导体显示器的使用。

3、了解简单数字装置的调试方法，验证所设计的数字秒表的功能

二、预习内容

1、N进制计数器、译码显示电路及多谐振荡器的工作原理和设计方法

2、所用器件的功能和外部引线排列

三、参考元件

集成元件：555定时器 一片，74LS248 两片，74LS163 两片，LED 两片，74LS00两片。

二极管 1N4148 一个；电位器 100k 一个；电阻、电容若干。

四、设计内容及要求

1、设计一个数字秒表电路，电路包含秒脉冲发生器、计数、译码、显示00~59秒。

2、具有消零、停止、启动功能。

五、原理框图

六、实验原理图

图7.1  数电实验考试——数字秒表实验原理图

实验原理图各部分功能说明：

1、由555定时器构成多谐振荡器是秒脉冲发生器

实验过程中将电阻R1换成100kΩ的电阻，R2换成22kΩ的电阻，电容C1换成10uF电容。

通过计算可知此多谐振荡器的输出脉冲的周期为，即频率为，可以近似看作秒脉冲，实验时，脉冲周期基本接近1秒。

2、由两片74LS163构成六十进制的加计数器，配合74LS248和数码管构成可视数字秒表

74LS163（U2）和74LS163（U3）输入端均接低电平。在CLK有秒脉冲输入、且使能端ENP、ENT及置数端LOAD均接高电平情况下，当74LS163（U2）输出达到9时，74LS163（U2）清零，74LS163（U3）计数一次，当74LS163（U2）输出达到9且74LS163（U3）输出达到5时，74LS163（U2）和74LS163（U3）均清零，所以，这部分的功能就是实现60进制加计数（显示范围00~59）。

74LS248是译码器，将74LS163（U2）输出端的信号译为数码管的输入信号，驱动数码管工作。

3、清零、启动、停止计数功能由开关J1和J2实现

当J1接低电平，两片74LS163置数端LOAD接入低电平，则输出端置零，起到清零作用。

当J2接低电平，两片74LS163使能端ENP、ENT（高电平有效）接入低电平，使能端无效，两片74LS163不工作，起到停止计数的作用。

当J1和J2都接高电平，两片74LS163正常工作，起到开始计数功能。