【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁 共 36 頁 1 緒論 由于集成電路制造技術(shù) 的發(fā)展 日新月異，電子電路的設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜。為了能在 設(shè)計(jì) 電路實(shí)現(xiàn)之前， 了解 環(huán)境因素對(duì)電路的影響， 我們可以 利用電腦輔助 軟件 進(jìn)行電路模擬與分析 設(shè)計(jì) ，并進(jìn)行輸入與輸出信號(hào)響應(yīng)的驗(yàn)證，可 以 有效地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間與成 本 。 因此，本文利用了 multisim 軟件進(jìn)行了電路仿真。 課題背景 倒計(jì)時(shí)系統(tǒng) 從原理上講是一種典型的數(shù)字電路 ， 其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。目前， 倒計(jì)時(shí)系統(tǒng) 的功能越來越強(qiáng)， 且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。學(xué)會(huì)制作 倒計(jì)時(shí) 系統(tǒng) ， 可以 進(jìn)一步的了解各種中小規(guī)模集成 電路的作用 并掌握 實(shí)用方法 和 各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法 。 Multisim 軟件 的應(yīng)用 EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子工業(yè)中不可缺少的一項(xiàng)技術(shù)，是電類專業(yè)學(xué)生就業(yè)的基本條件之一。 Multisim軟件 把實(shí)驗(yàn)過程涉及到的電路、儀器以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等一起展現(xiàn)在使用者面前，在使用過程中就像在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，電路參數(shù)調(diào)整方便，絕不束縛思維想象和電路創(chuàng)新。 Multisim軟件可以用于幾乎包含電類專業(yè)的所有學(xué)科的仿真教學(xué)，例如：電工基礎(chǔ)、電路、低頻電路、高頻電路、脈沖與數(shù)字電路、電視機(jī)電路、音響電路、電子測(cè)量電路 、射頻電路、機(jī)電電路、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)以及綜合課程設(shè)計(jì)等。 Multisim軟件仿真元器件多，大約一萬六千多個(gè)，其中包含各種信號(hào)源庫、基本元件庫、晶體二極管庫、晶體三極管庫、運(yùn)放庫、 TTL器件庫、 CMOS器件庫、單元邏輯器件庫及可編程邏輯器件庫、數(shù)字模擬混合庫、指示元件庫、雜散元器件庫、數(shù)學(xué)控制模型庫、機(jī)電元件庫。仿真儀器儀表使用方便，約束條件少。 在 仿真 中 步驟如下：①根據(jù)原理圖放置元器件；②連接導(dǎo)線；③單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真；④利用虛擬儀器儀表觀察仿真結(jié)果 [1]。 倒計(jì)時(shí) 顯示系統(tǒng) 的應(yīng)用 倒計(jì)時(shí) 顯示 系統(tǒng) 的計(jì)時(shí)裝置廣泛用于 大型活動(dòng) 場所 ， 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢?缺少的顯示設(shè)備 。 其中倒計(jì)時(shí)數(shù)字 系統(tǒng) 分為兩部分， 一 部分是 實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的功能的作用 ， 另外一部分是 實(shí)現(xiàn)日期的倒 計(jì) ，起到倒 計(jì) 時(shí)顯示功能 的作用 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁 共 36 頁 2 設(shè)計(jì)目的和要求指標(biāo) 設(shè)計(jì)任何產(chǎn)品，都要有每個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目的和要求指標(biāo)，這樣在設(shè)計(jì)的時(shí)候，就能夠圍繞著目的和指標(biāo)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)目的 掌握 倒計(jì)時(shí)顯示系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。 設(shè)計(jì)一 款 多功能 倒計(jì)時(shí)顯示系統(tǒng) ，必須要明確 所要 實(shí)現(xiàn)的目的。 倒計(jì)時(shí)系統(tǒng) 電路是由主體電路和 部分電路兩部分 構(gòu)成，在整個(gè)倒計(jì)時(shí)系統(tǒng) 中，基本功能部分由主體電路實(shí)現(xiàn)，校準(zhǔn) 功能 由 部 分 電路實(shí)現(xiàn)。 校準(zhǔn)電路 的作用非常關(guān)鍵，其作用 是在時(shí)間不準(zhǔn)的情況下，進(jìn)行及時(shí)的校正并能設(shè)置正確時(shí)間 參數(shù) 。 校準(zhǔn)電路的功能實(shí)現(xiàn)，需要由 555定時(shí)器電路給其提供一個(gè)基準(zhǔn)脈沖。一般倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，秒的校準(zhǔn)電路可以不必設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)要求指標(biāo) 在整個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)指標(biāo)非常重要，能否達(dá)到指標(biāo)，就能 說明所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否合格 的關(guān)鍵 。在本次設(shè)計(jì)中，所要實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)為：能夠正確數(shù)字顯示所有的時(shí)間參數(shù)；利用 555 定時(shí) 器制作一個(gè)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率 1Hz的脈沖信號(hào)電路；分與 秒的計(jì)數(shù)要求為 60進(jìn)制，時(shí)的計(jì)數(shù)要求為 24 進(jìn)制，天的計(jì)數(shù) 方式 要求為 遞減 功能；并且在電路中的天、時(shí)、分能夠 實(shí)現(xiàn) 快速的校準(zhǔn) [4]。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁 共 36 頁 3 邏輯電路知識(shí) 本次設(shè)計(jì)中，主要利用數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)前，必須要了解一些基本邏輯電路知識(shí)，這樣在設(shè)計(jì)的時(shí)候能夠更好的設(shè)計(jì)出所要的產(chǎn)品，減少不必要的設(shè)計(jì)。 數(shù)制 在表示數(shù)時(shí)，僅用一位數(shù)碼 管 往往 是 不夠用 的 ，必須用進(jìn)位計(jì)數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼每一位的構(gòu)成以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡稱進(jìn)位制。 日常生活中，最常用的進(jìn)位 數(shù)制是十進(jìn)制。而在數(shù)字系統(tǒng)中，多采用二進(jìn)制數(shù)，有時(shí)也采用八進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)。 二進(jìn)制代碼不僅可以表示數(shù)值，而且可以表示符號(hào)及文字，使信息交換靈活方便。 BCD碼是用 4位二進(jìn)制代碼代表 1位十進(jìn)制數(shù)的編碼，有多種 BCD碼形式，最常用的是 8421BCD碼。 倒計(jì)時(shí)顯示系統(tǒng) 設(shè)計(jì)用到的計(jì)數(shù)器只識(shí)別二進(jìn)制數(shù) [2]。 十 進(jìn)制 十進(jìn)制特點(diǎn)是“逢十進(jìn)一”，有 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9 十個(gè)數(shù)碼。一個(gè)數(shù)的大小決定于數(shù)碼的位置，即數(shù)位。例如十進(jìn)制數(shù) 1995 可寫成展開式： 1995=1*103+9*102+9*101+5*100 二 進(jìn)制 二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是 “逢二進(jìn)一”，只有 0， 1兩個(gè)數(shù)碼。從二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)可以看到它具有的優(yōu)點(diǎn)。第一，只有兩個(gè)數(shù)碼，只需反映兩種狀態(tài)的元件就可表示一位數(shù)。因此，構(gòu)成二進(jìn)制數(shù)電路的基本單元結(jié)構(gòu)簡單。第二，儲(chǔ)存和傳遞可靠。第三，運(yùn)算簡便，所以在計(jì)算機(jī)中都使用二進(jìn)制數(shù)。 十六進(jìn)制 用二進(jìn)制 表示一個(gè)較大的數(shù)，位數(shù)太多，書寫和閱讀均不方便，因此在計(jì)算機(jī)中還常常使用十六進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制的特點(diǎn)是“逢十六進(jìn)一”，有 09， AF 這 16 個(gè)數(shù)碼。 十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)制對(duì) 照表如表 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 共 36 頁 表 數(shù)制對(duì)照表 十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù) 0 0000 0 1 0001 1 2 0010 2 3 0011 3 4 0100 4 5 0101 5 6 0110 6 7 0111 7 8 1000 8 9 1001 9 10 1010 A 11 1011 B 12 1100 C 13 1101 D 14 1110 E 15 1111 F 數(shù)字電路 的特點(diǎn)與分類 在本次設(shè)計(jì)中 ， 主要 采用的 是 中小規(guī)模 集成 器件，設(shè)計(jì)中的每 部分?jǐn)?shù) 字電路 都有不同的特點(diǎn) ， 根據(jù)不同的設(shè)計(jì)原 理 ，數(shù)字電路還可為多種類型。 數(shù)字電路的特點(diǎn) （ 1） 工作信號(hào)是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，在時(shí)間上和數(shù)值上是離散的（不連續(xù)）， 反映在電路上就是低電平和高電平兩種狀 態(tài) （即 0和 1兩個(gè)邏輯值）。 （ 2）在數(shù)字電路中，研究的主要問題是電路的邏輯功能，即輸入信號(hào)的狀態(tài)和輸出信號(hào)的狀態(tài)之間的關(guān)系。 （ 3）對(duì)組成數(shù)字電路的元器件的精度要求不高，只要在工作時(shí)能夠可靠地區(qū)分 0和 1兩種狀態(tài)即可 [12]。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁 共 36 頁 數(shù)字電路的分類 （ 1） 按集成度分類 數(shù)字電路可分為小規(guī)模（ SSI， 每片數(shù)十器件）、中規(guī)模（ MSI，每片數(shù)百器件）、大規(guī)模（ LSI，每片數(shù)千器件）和超大規(guī)模（ VLSI，每片器件數(shù)目大于 1萬）數(shù)字集成電路。集成電路從應(yīng)用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型 [17]。 （ 2）按所用器件制作工藝的不同分類 數(shù)字電路可分為雙極 型和單極型 兩類。 （ 3）按照電路的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同分類 數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩類。組合邏輯電路沒有記憶功能，其輸出信號(hào)只與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而與電路以前的狀態(tài)無關(guān)。時(shí)序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號(hào)不僅和當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而且與電 路以前的狀態(tài)有關(guān)。 元器件介紹 在設(shè)計(jì)中，所需要的元器件種類很多，能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的， 首 先要對(duì)元器件進(jìn)行分析并能了解元器件功能。 74LS00 集成芯片 74LS00 芯片是 2 輸入端四與非門 ， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 74LS00結(jié)構(gòu) 圖 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖 ，其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 由 4個(gè) 2輸入 與非門組成，管腳 7 接地，管腳14 接 Vcc。 74LS00 邏輯功 能如表 所示。 ＆ ＆ ＆ ＆ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vcc 13 14 GND 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁 共 36 頁 表 74LS00邏輯功能表 輸 入 輸出 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 根據(jù)表 ： 輸入端全為 1時(shí)，輸出端才為 0； 只要有一個(gè)輸入端為 0，輸出端就為 1。 74LS10 集成芯片 74LS10 芯片是 3輸入端 3與非門 ， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 三個(gè)輸入端有一個(gè)為 0，則輸出 端 為 1，只有全部輸入 端 為 1，輸出 端 才為 0。 圖 74LS10結(jié)構(gòu) 圖 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖 可以看出， 74LS10 芯片內(nèi)部由 3 個(gè) 3 輸入 與非門組成，管腳 7接地，管 腳 14接 Vcc。 74LS10 邏輯功 能如表 所示。 表 74LS10邏輯功能表 輸入 輸出 0 0 0 1 0 0 1 1 0