EDA技术的数字钟设计
EDA技术的数字钟设计[20200131184447]
摘要
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有电路结构简单、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等特点，所以得到了更加广泛的使用。
本论文介绍了基于EDA技术的数字钟的研究和开发。利用数字电子技术、模拟电子技术等技术，结合EDA设计软件Multisim来实现数字钟，进行了时、分、秒计时、校时、整点报时等模块的调试和仿真。仿真结果说明，本论文所设计的数字钟具有时、分、秒显示等基本功能，还具有校时、整点报时等附加功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:数字钟EDA技术数字电子技术
一、引言 1
（一）课题研究背景 1
（二）课题研究目的 1
二、总体设计 1
（一）Multisim软件介绍 1
（二）数字钟设计要求 1
（三）数字钟系统框图 2
（四）数字钟工作原理 2
（五）元器件选择及简介 4
1. 74LS390引脚图及功能介绍 4
2. 74LS48引脚图及功能介绍 5
三、数字钟电路设计 7
（一）时间脉冲产生电路设计 7
（二）时间计数器电路设计 7
1. 60进制计数器的设计 7
2．24进制计数器的设计 8
（三）校时电路设计 9
（四）译码及驱动显示电路设计 9
（五）报时电路设计 10
四、数字钟仿真结果及分析 10
（一）仿真结果 10
1. 时间计数器仿真 10
2. 报时/校时电路仿真 13
3. 整体电路仿真 13
（二）仿真分析 15
五、校时电路的改进设计 15
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录 21
一、引言
（一）课题研究背景
近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的要求。数字钟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，数字钟给人们生产生活带来了极大的方便。而电子设计自动化（EDA）技术在数字电路设计中起的作用越来越重要，新的工具和新的设计方法不断推出，功能也是越来越强，推出新的标准，更加好用，更加便捷。它具有低成本、低功耗的特点能对系统的整个性能有大概的了解。因此，利用EDA技术研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。所以本设计通过EDA技术结合数字电子技术，模拟电子技术和Multisim等技术来实现数字钟的功能。
（二）课题研究目的
现代生活的人们越来越重视时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间看的很重要的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的数字钟比指针式的数字钟有更大的市场优势。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，基本的设计可用纯硬件电路实现，但电路结构复杂，功率损耗大等缺点。数字钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。因此有必要对数字钟进行改进。本设计研究数字钟的原理，在基本的电路上加以改进，并添加一些功能模块，制作出一件多功能数字钟。
二、总体设计
（一）Multisim软件介绍
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以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。
（二）数字钟设计要求
1. 查阅和整理有关数字钟电路的资料，确定设计方案。
2. 能够根据课题的设计要求参考、应用、改进经典电路，数字钟应具有以下功能：
（1）准确显示时，分，秒；
（2）能进行校时控制和校分控制；
（3）能够整点报时。
3. 用Multisim对数字钟电路进行仿真测试，提高电路的设计和分析效率。
（三）数字钟系统框图
系统框图如图1所示。本论文用晶体振荡器电路构成数字钟，电路系统有以下几个部分组成：秒信号发生器、时间计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路。由于计数的开始时间不可能与标准时间（北京时间）一致，本设计在电路中加一个校时电路，来校准时间的差异。
图1 系统框图
（四）数字钟工作原理
1. 晶体振荡器电路：晶体振荡器电路是数字钟的核心给数字钟提供一个频率稳定准确方波信号，具有较高的频率稳定性及准确性，可保证数字钟的走时准确及稳定性。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡电路，如图2所示。
图2 晶体振荡电路原理图
2. 译码驱动电路：译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码都赋予了一定含义，都表示了一个确定的信号。译码驱动电路是把二进制信号翻译成十进制数字，由数码管显示出来。一般都是由译码驱动芯片连接数码管显示所需要的数值，如图3所示。
图3 译码驱动电路原理图
3. 时间计数器电路：时间计数器一般采用10进制计数器如74LS290、74LS390等来实现时间计数单元的计数功能，然后用LED显示时间。时间显示一般都是从秒个位显示，然后是秒十位显示，然后是分个位显示，再是分十位显示，再然后是时个位显示，最后是时十位显示，如图4所示。
图4 时间计数原理框图
4. 校时电路：数字电子钟启动后，显示时间与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。在实际使用的时候，由于电路中的开关存在抖动的现象一般会加电容来消除抖动的问题，如图5所示。
图5 校时原理框图
5. 整点报时电路：数字钟时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒，如图6所示。
图6 整点报时原理框图
（五）元器件选择及简介
时间计数器中一般采用十进制计数器，可以用74LS390、74LS290、74HC290、74HC390等芯片来实现，74LS390是集成双十进制计数器，独自用于二、五进制计数，同时也可以串联用于十进制计数器，应用比较方便灵活方便。译码是一个比较重要的过程，所以译码器的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态使输出通道中有相应的信号输出，译码器可以用74LS48,74LS47等芯片来实现。本论文用74LS48接共阳译码器显示数码管。还有简单的与非芯片，与门芯片，非门芯片。
1. 74LS390引脚图及功能介绍
引脚如图7所示：
图7 74LS390引脚图
功能介绍：
74LS390是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CPA和CPB，它是高电平清零。它的芯片内具有两个十进制计数器，A，B是脉冲，QA,QB,QC,QD为四个输出端。如果QA直接与CPB相连，以CPA做CP脉冲，则可以实现8421十进制计数。如果连成二一五进制计数器时输出QD直接与CPA相连，用独立的2分频电路在最后输出级形成对称波形（矩形波）。
74LS390真值表1和表2所示：
表1 BCD计数规则
计数输出
QDQCQBQA
00000
10001
20010
30011
40100
50110
60110
70111
81000
91001
表2 5-2计数规则
计数 输出
QD QC QB QA
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
2 0 1 0 0
3 0 1 1 0
4 1 0 0 0
5 0 0 0 1
6 0 0 1 1
7 0 1 0 1
8 0 1 1 1
9 1 0 0 1
摘要
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有电路结构简单、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等特点，所以得到了更加广泛的使用。
本论文介绍了基于EDA技术的数字钟的研究和开发。利用数字电子技术、模拟电子技术等技术，结合EDA设计软件Multisim来实现数字钟，进行了时、分、秒计时、校时、整点报时等模块的调试和仿真。仿真结果说明，本论文所设计的数字钟具有时、分、秒显示等基本功能，还具有校时、整点报时等附加功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:数字钟EDA技术数字电子技术
一、引言 1
（一）课题研究背景 1
（二）课题研究目的 1
二、总体设计 1
（一）Multisim软件介绍 1
（二）数字钟设计要求 1
（三）数字钟系统框图 2
（四）数字钟工作原理 2
（五）元器件选择及简介 4
1. 74LS390引脚图及功能介绍 4
2. 74LS48引脚图及功能介绍 5
三、数字钟电路设计 7
（一）时间脉冲产生电路设计 7
（二）时间计数器电路设计 7
1. 60进制计数器的设计 7
2．24进制计数器的设计 8
（三）校时电路设计 9
（四）译码及驱动显示电路设计 9
（五）报时电路设计 10
四、数字钟仿真结果及分析 10
（一）仿真结果 10
1. 时间计数器仿真 10
2. 报时/校时电路仿真 13
3. 整体电路仿真 13
（二）仿真分析 15
五、校时电路的改进设计 15
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录 21
一、引言
（一）课题研究背景
近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的要求。数字钟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，数字钟给人们生产生活带来了极大的方便。而电子设计自动化（EDA）技术在数字电路设计中起的作用越来越重要，新的工具和新的设计方法不断推出，功能也是越来越强，推出新的标准，更加好用，更加便捷。它具有低成本、低功耗的特点能对系统的整个性能有大概的了解。因此，利用EDA技术研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。所以本设计通过EDA技术结合数字电子技术，模拟电子技术和Multisim等技术来实现数字钟的功能。
（二）课题研究目的
现代生活的人们越来越重视时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间看的很重要的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的数字钟比指针式的数字钟有更大的市场优势。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，基本的设计可用纯硬件电路实现，但电路结构复杂，功率损耗大等缺点。数字钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。因此有必要对数字钟进行改进。本设计研究数字钟的原理，在基本的电路上加以改进，并添加一些功能模块，制作出一件多功能数字钟。
二、总体设计
（一）Multisim软件介绍
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以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。
（二）数字钟设计要求
1. 查阅和整理有关数字钟电路的资料，确定设计方案。
2. 能够根据课题的设计要求参考、应用、改进经典电路，数字钟应具有以下功能：
（1）准确显示时，分，秒；
（2）能进行校时控制和校分控制；
（3）能够整点报时。
3. 用Multisim对数字钟电路进行仿真测试，提高电路的设计和分析效率。
（三）数字钟系统框图
系统框图如图1所示。本论文用晶体振荡器电路构成数字钟，电路系统有以下几个部分组成：秒信号发生器、时间计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路。由于计数的开始时间不可能与标准时间（北京时间）一致，本设计在电路中加一个校时电路，来校准时间的差异。
图1 系统框图
（四）数字钟工作原理
1. 晶体振荡器电路：晶体振荡器电路是数字钟的核心给数字钟提供一个频率稳定准确方波信号，具有较高的频率稳定性及准确性，可保证数字钟的走时准确及稳定性。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡电路，如图2所示。
图2 晶体振荡电路原理图
2. 译码驱动电路：译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码都赋予了一定含义，都表示了一个确定的信号。译码驱动电路是把二进制信号翻译成十进制数字，由数码管显示出来。一般都是由译码驱动芯片连接数码管显示所需要的数值，如图3所示。
图3 译码驱动电路原理图
3. 时间计数器电路：时间计数器一般采用10进制计数器如74LS290、74LS390等来实现时间计数单元的计数功能，然后用LED显示时间。时间显示一般都是从秒个位显示，然后是秒十位显示，然后是分个位显示，再是分十位显示，再然后是时个位显示，最后是时十位显示，如图4所示。
图4 时间计数原理框图
4. 校时电路：数字电子钟启动后，显示时间与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。在实际使用的时候，由于电路中的开关存在抖动的现象一般会加电容来消除抖动的问题，如图5所示。
图5 校时原理框图
5. 整点报时电路：数字钟时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒，如图6所示。
图6 整点报时原理框图
（五）元器件选择及简介
时间计数器中一般采用十进制计数器，可以用74LS390、74LS290、74HC290、74HC390等芯片来实现，74LS390是集成双十进制计数器，独自用于二、五进制计数，同时也可以串联用于十进制计数器，应用比较方便灵活方便。译码是一个比较重要的过程，所以译码器的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态使输出通道中有相应的信号输出，译码器可以用74LS48,74LS47等芯片来实现。本论文用74LS48接共阳译码器显示数码管。还有简单的与非芯片，与门芯片，非门芯片。
1. 74LS390引脚图及功能介绍
引脚如图7所示：
图7 74LS390引脚图
功能介绍：
74LS390是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CPA和CPB，它是高电平清零。它的芯片内具有两个十进制计数器，A，B是脉冲，QA,QB,QC,QD为四个输出端。如果QA直接与CPB相连，以CPA做CP脉冲，则可以实现8421十进制计数。如果连成二一五进制计数器时输出QD直接与CPA相连，用独立的2分频电路在最后输出级形成对称波形（矩形波）。
74LS390真值表1和表2所示：
表1 BCD计数规则
计数输出
QDQCQBQA
00000
10001
20010
30011
40100
50110
60110
70111
81000
91001
表2 5-2计数规则
计数 输出
QD QC QB QA
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
2 0 1 0 0
3 0 1 1 0
4 1 0 0 0
5 0 0 0 1
6 0 0 1 1
7 0 1 0 1
8 0 1 1 1
9 1 0 0 1
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