Multisim数字时钟设计实习报告[]

Multisim 实习报告数字时钟设计学 院 专业班级 姓 学一、实验目的：1、 学习一个 EDA 电子辅助设计软件－ MultiSim2、 学习 MultiSim 的基本操作3、 熟悉 MultiSim 元器件库，如果是库中没有的元器件如何进行模型的添加4、 功能设计模块化二、实验内容：利用 MultiSim 设计出一个数字式电子表电路： 功能划分：-时间功能：显示、调整名 __________________________________ 号 _________________________________-日期和星期功能：显示、调整-跑表功能：起动、停止、复位要求：-各模块要能单独调试，各自保存一个文件-在总图中各功能模块用子电路进行封装-功能按钮要复用，最多3个操作按钮三、实验设备：1、PC 机一台2、MultiSim 开发软件四、总体设计思路：数字式电子表电路总体可看成由年、月、日、星期、时、分、秒七大模块组成，每个子模块分别有显示部分和计数进位两大部分，可先分别设计这七大模块，之后再进行电路拼接、封装，并总体实现清零、停止、启动、调整功能。

其中我主要用到的元器件有74LS160 同步十进制计数器芯片，主要用来实现计数及进位的功能，以及LED 数码管，主要用来实现显示功能。

总体的清零、启动功能则通过高、低电平选择性接到CLR 端来进行实现。

停止功能由高、低电平选择性接到ENP 使能端来进行实现。

在实现调整功能上，我使用了一个74LS153数据选择器，通过选择年、月、日来进行单步调节。

五、各功能模块的设计：1、子模块秒的设计：秒模块可从0—59计数，即一个60 进制带显示功能的计数器，所以在设计此模块时我使用了两个74LS160十进制计数器及两个LED显示元器件。

其中74LS160中的QA,QB,QC,QD端口分别接到LED元器件的1,2,3,4端口中，用来实现计数器的显示功能，将一个方波脉冲接到低位74LS160 计数器的CLK 端，当方波周期为1S 时，可实现秒表的计时功能。

低位的计数器的进位端RCO接到高位计数器的CLK端，表示当进行进位时，高位计数器计数，又注意到CLK 端为低电平触发，所以在电路中加了个非门，使RCO 进位端的高电平转换为低电平，这样就将两个计数器连接起来了。

因为74LS160 本身即为同步十进制计数器，所以低位的计数器模块我们可以不用管置数端LOAD及清零端CLR，到9后会自动进位，并重新从0开始计数，直接将他们接入高电平VCC即可，但是高位的74LS160是0-5的六进制计数器，我们需要对CLR 端进行设计和使用。

我采用了一个与非门（NAND2），接到QB,QC端，再接入CLR端，表示当计数器输出为0110 时（即6时），CLR端为低电平，计数器清零。

这样一个从0—59 的六十进制，带显示功能的计数器就设计好了，下图电路即为未封装的原始电路连接图。

ICBD^Z 訝由于其中电路有些复杂，为了电路的简介与美观，进行电路模块的封装，选中 要封装的部分，选择菜单栏中的PLACE,在下拉菜单中选择Replace bySubcircuit ，进行电路的封装，封装之后电路图为：其中101端口为秒模块向分模块的进位端，从秒模块高位的 CLR端引出的端-<xVCC 列DCO_rEXOCP^rEX2、子模块分的设计及分、秒模块的连接思路：分模块和秒模块本质的设计思路是一致的，都是0—59的60进制计数器，只不过分模块的低位计数器中，CLK端口接秒模块高位计数器的进位端I01。

下图为两模块连接并封装之后的电路图:LG U13、带清零、暂停功能的分、秒计时器的设计：在第二步中设计的分、秒模块并没有清零、计时功能，因为使能端和CLR端并未选择性的接高、低电平。

在设计暂停功能时，我选用了一个单刀双掷开关（SPDT），此开关一端接高电平VCC，—端接地，并将它连入四个计数器的使能端（ENP,ENT），通过控制开关来进行暂停和起跑，当开关连高电平时，计数器正常工作，开关接地时计数器暂停。

清零功能的原理和暂停功能是一样的，但由于有计数器到6时清零，所以要在电路中加入一个与门，即计数器到6或者开关接地时（因为CLR为低电平触发），计数器清零。

封装后电路图如下，其中控制键为空格的单刀双掷开关实现清零功能，控 制键为1的单刀双掷开光实现暂停功能，此图中电路正处在暂停阶段：下图中为正处于的清零状态下电路:分模块中高位计数器CLR 端加的与门:4、子模块时的设计，以及时分秒模块的串接：小时模块是一个0—23的24进制计数器，低位计数器设计思路与分和秒模块是完全相似的，高位计数器唯一不同的地方就是当总体计数为0010 （2）0100（4）时，实现清零功能，封装之后电路图为：24h_rca1042^h其中封装部分电路如下图:U2 U5iHIO5ice107101Q1011同分、秒模块的串接，我们可以将时模块也串接到电路当中:□CD 0 DCC 七nm wr nm ws nm nrn - -Vi5、星期模块的设计，以及星期、时、分、秒模块的串接：由于星期模块是一个1-7的七进制计数器，所以只需要一个74LS160和一个LED显示元器件就可以了。

但由于是从1开始循环计数，所以不能使用CLR清零端，需要利用LOAD置数端来实现。

令B,C,D端接地，A端接VCC高电平，当LOAD端送入一个低电平触发时，表示计数从置数0001重新开始。

又用了一个与或门（NAND3 ），分别连接QA,QB,QC端，并送入LOAD置数端，表示当计数为0111（7）时，置数端送入一个低电平进行触发。

电路如下图所示：4-6、子模块日、月的设计以及通过月份判断日期为31,30或28天：因为日、月模块之间有一个判断月份的问题，所以将这两个模块一起设 计了。

先设计月模块，这个模块是一个 1-12的12进制计数器，同星期模块一样 是用LOAD 置数端实现的，因为是12进制计数器，所以需要两个 74LS160VCC将星期、时、分、秒模块串接在一起，电路如下图所示:O5-nr«■!S3BBhi"U7芯片以及两个LED显示元器件，但不同的是在这里将所有计数器的CLK端统一接一个方波脉冲，将低位计数器的进位端接到高位的ENP,ENT使能端，即表示当低位计数器有进位时，高位计数器开始工作计数。

具体电路图如下，其中方波脉冲在日期模块下，在此电路部分截取图中没有显示，当计数器为0001( 1)0010( 2)时进行置数，使用了一个NAND2 :日期模块实际是一个1-28or30or31的计数器，所以同样需要两个74LS160 芯片以及两个LED显示元器件。

同月份模块一样，所有计数器CLK统一接到一个方波脉冲上，通过进位端与高位计数器的使能端相连来进行计数进位功能。

比较复杂的地方是关于对月份的判断来进行28or30or31天的进制循环。

在这里我是通过找规律的方法来进行实现的，先看月份模块中关于12个月的表示：我们可以看出，当高位计数器QA和低位计数器QD都为0时，低位计数器的QA为1的月份都是31天，当高位计数器QA和低位计数器QD当中有一个为1时，低位计数器的QA为0的月份都是31天。

通过找规律，我们可以利用各种门电路的组合连接，将31天的月份选择出来。

判断日期为30天的月份时，我们可以在前面选择31天月份后加个非门，表示除了31天的月份就是30天的月份。

2月这个特例可以单独挑出来，虽然2月份按照前面的思路是包含在30 天循环（30进制计数器）当中，但是我们单独将它拿出，做一个28天循环（28进制计数器）的电路，其优先级在30循环之前，所以不用考虑如何在判断30天的月份中排除它的问题。

将这三种情况分别与其31、30、28进行置数的电路连接起来，用一个AND3连接到日期模块两个计数器的LOAD置数端，就可完成月、日模块的判断设计了。

月、日模块总体电路图如下：7、子模块年得设计：年模块是一个0—99的100进制计数器，由两个74LS160芯片和两个LED 显示元器件组成，设计思路同分、秒、时模块，由于两个计数器都是十进制的，所以CLR清零端和LOAD置数端直接接高电平VCC就可以了，电路如图所示：8、年、月、日模块的拼接和清零功能的实现：清零功能的实现就是在所有 74LS160芯片的CLR 端接出一个单刀双掷开 关，一端接地，一端接高电平 VCC ，当开关接地时就可清零。

拼接之后电 路如图：其中年模块下面的连线要接入调节时间的功能模块DCD_^EX_2DC 二-ex\OT为了实现此功能，我选用了一个 74LS160芯片，一个74LS138芯片，一个 LED 显示元器件。

通过74LS160芯片的CLK 端接入一个单刀双掷开关，开关一端接地一端接 高电平VCC ，来进行选择调节年还是月或者日， CLR 端加个非门接入QC ,表示从0— 3的循环，将74LS160的QA,QB,QC,QD 分别接LED 的1,2,3,4， 其中QA,QB,QC 还要接入74LS138数据选择器的A,B,C 端。

我设计的LED 显示为1时，可进行年份的调节，2时进行月份的调节，3 时进行日期的调节，因为需要手动调节，所以又用了一个单刀双掷开关，与 74LS138的Y1，丫2，Y3端进行门电路组合，表示当开关接高电平时可调节 数字，之后将这三个端口分别接到年、月、日模块的 CLK 端口或者 ENP,ENT 端口即可，如果CLK 或ENP,ENT 端口要考虑其它模块的进位端， 只需与进位端加个与门，表示当有进位或者调节的时候，计数器工作即可。

如下为年、月、日带清零、调节日期功能电路图：9、插入调节时间功能:显示为1时，可调节年份:显示为2时可调节月份:10、 总体的拼接：只要将年月日模块的方波脉冲换成时的进位端即可显示为3时，可调节日期:b六、设计方案的比较：在进行构思整体设计思路，选用74LS160 芯片之前曾经采用过74LS90 异步计数器，但由于解决不了起跑时显示乱码的问题放弃了这个方案。

在进行判断月份的电路设计上曾想过用74LS154 数据选择器，这样正好12 个月份一个对应一个端口，但后来发现过于繁琐又放弃了。

七、调试过程中问题的处理：1 、比较常见的问题就是不能起跑，后来发现把电路重新复制粘贴一下就可以了。

2 、最初在进行月模块设计上一直是从0 开始计数，从0-12 这样的十二进制，因为惯性思维模式，一直用CLR 端来实现计数循环，后来用LOAD 置数端之后，又出现了1-13 的计数循环，最终发现用置数端的话要从12 开始置数，不像使用CLR 端时是从13清零了。

八、实验心得与体会：通过本次实验，我对数字电子技术又有了更深的了解，尤其对其中一些譬如数据选择器，同步计数器，异步计数器芯片了解更深刻了，同时对于如何设计一个电子产品的过程与步骤有了一定认识。