multisim實習報告
數字時鐘設計
學院專業班級
姓名學號
年月一、實驗目的：
1、 學習乙個eda電子輔助設計軟體－multisim
2、 學習multisim的基本操作
3、 熟悉multisim元器件庫，如果是庫中沒有的元器件如何進行模型的新增
4、 功能設計模組化
二、實驗內容：
利用multisim設計出乙個數字式電子錶電路：
功能劃分：
– 時間功能：顯示、調整
– 日期和星期功能：顯示、調整
– 跑錶功能：起動、停止、復位
要求：– 各模組要能單獨除錯，各自儲存乙個檔案
– 在總圖中各功能模組用子電路進行封裝
– 功能按鈕要復用，最多3個操作按鈕
三、實驗裝置：
1、 pc機一台
2、 multisim開發軟體
四、總體設計思路：
數字式電子錶電路總體可看成由年、月、日、星期、時、分、秒七大模組組成，每個子模組分別有顯示部分和計數進製兩大部分，可先分別設計這七大模組，之後再進行電路拼接、封裝，並總體實現清零、停止、啟動、調整功能。
其中我主要用到的元器件有74ls160同步十進位制計數器晶元，主要用來實現計數及進製的功能，以及led數碼管，主要用來實現顯示功能。總體的清零、啟動功能則通過高、低電平選擇性接到clr端來進行實現。停止功能由高、低電平選擇性接到enp使能端來進行實現。
在實現調整功能上，我使用了乙個74ls153資料選擇器，通過選擇年、月、日來進行單步調節。
五、各功能模組的設計：
1、 子模組秒的設計：
秒模組可從0—59計數，即乙個60進製帶顯示功能的計數器，所以在設計此模組時我使用了兩個74ls160十進位制計數器及兩個led顯示元器件。
其中74ls160中的qa,qb,qc,qd埠分別接到led元器件的1,2,3,4埠中，用來實現計數器的顯示功能，將乙個方波脈衝接到低位74ls160計數器的clk端，當方波週期為1s時，可實現秒錶的計時功能。低位的計數器的進製端rco接到高位計數器的clk端，表示當進行進製時，高位計數器計數，又注意到clk端為低電平觸發，所以在電路中加了個非門，使rco進製端的高電平轉換為低電平，這樣就將兩個計數器連線起來了。
因為74ls160本身即為同步十進位制計數器，所以低位的計數器模組我們可以不用管置數端load及清零端clr，到9後會自動進製，並重新從0開始計數，直接將他們接入高電平vcc即可，但是高位的74ls160是0-5的六進製制計數器，我們需要對clr端進行設計和使用。我採用了乙個與非門（nand2），接到qb,qc端，再接入clr端，表示當計數器輸出為0110時（即6時），clr端為低電平，計數器清零。
這樣乙個從0—59的六十進位制，帶顯示功能的計數器就設計好了，下圖電路即為未封裝的原始電路連線圖。
由於其中電路有些複雜，為了電路的簡介與美觀，進行電路模組的封裝，選中要封裝的部分，選擇選單欄中的place,在下拉列表中選擇replace by subcircuit，進行電路的封裝，封裝之後電路圖為：
其中i01埠為秒模組向分模組的進製端，從秒模組高位的clr端引出的埠。
2、 子模組分的設計及分、秒模組的連線思路：
分模組和秒模組本質的設計思路是一致的，都是0—59的60進製計數器，只不過分模組的低位計數器中，clk埠接秒模組高位計數器的進製端i01。下圖為兩模組連線並封裝之後的電路圖：
3、 帶清零、暫停功能的分、秒計時器的設計：
在第二步中設計的分、秒模組並沒有清零、計時功能，因為使能端和clr端並未選擇性的接高、低電平。
在設計暫停功能時，我選用了乙個單刀雙擲開關（spdt），此開關一端接高電平vcc，一端接地，並將它連入四個計數器的使能端（enp,ent），通過控制開關來進行暫停和起跑，當開關連高電平時，計數器正常工作，開關接地時計數器暫停。
清零功能的原理和暫停功能是一樣的，但由於有計數器到6時清零，所以要在電路中加入乙個與門，即計數器到6或者開關接地時（因為clr為低電平觸發），計數器清零。
封裝後電路圖如下，其中控制鍵為空格的單刀雙擲開關實現清零功能，控制鍵為1的單刀雙擲開光實現暫停功能，此圖中電路正處在暫停階段：
下圖中為正處於的清零狀態下電路：
分模組中高位計數器clr端加的與門：
4、 子模組時的設計，以及時分秒模組的串接：
小時模組是乙個0—23的24進製計數器，低位計數器設計思路與分和秒模組是完全相似的，高位計數器唯一不同的地方就是當總體計數為0010 （2）0100（4）時，實現清零功能，封裝之後電路圖為：
其中封裝部分電路如下圖：
同分、秒模組的串接，我們可以將時模組也串接到電路當中：
5、 星期模組的設計，以及星期、時、分、秒模組的串接：
由於星期模組是乙個1-7的七進製計數器，所以只需要乙個74ls160和乙個led顯示元器件就可以了。但由於是從1開始迴圈計數，所以不能使用clr清零端，需要利用load置數端來實現。
令b,c,d端接地，a端接vcc高電平，當load端送入乙個低電平觸發時，表示計數從置數0001重新開始。又用了乙個與或門（nand3），分別連線qa,qb,qc端，並送入load置數端，表示當計數為0111（7）時，置數端送入乙個低電平進行觸發。電路如下圖所示：
將星期、時、分、秒模組串接在一起，電路如下圖所示：
6、 子模組日、月的設計以及通過月份判斷日期為31,30或28天：
因為日、月模組之間有乙個判斷月份的問題，所以將這兩個模組一起設計了。
先設計月模組，這個模組是乙個1-12的12進製計數器，同星期模組一樣是用load置數端實現的，因為是12進製計數器，所以需要兩個74ls160晶元以及兩個led顯示元器件，但不同的是在這裡將所有計數器的clk端統一接乙個方波脈衝，將低位計數器的進製端接到高位的enp,ent使能端，即表示當低位計數器有進製時，高位計數器開始工作計數。具體電路圖如下，其中方波脈衝在日期模組下，在此電路部分擷取圖中沒有顯示，當計數器為0001（1） 0010（2）時進行置數，使用了乙個nand2：
日期模組實際是乙個1-28or30or31的計數器，所以同樣需要兩個74ls160晶元以及兩個led顯示元器件。同月份模組一樣，所有計數器clk統一接到乙個方波脈衝上，通過進製端與高位計數器的使能端相連來進行計數進製功能。
比較複雜的地方是關於對月份的判斷來進行28or30or31天的進製迴圈。在這裡我是通過找規律的方法來進行實現的，先看月份模組中關於12個月的表示：
我們可以看出，當高位計數器qa和低位計數器qd都為0時，低位計數器的qa為1的月份都是31天，當高位計數器qa和低位計數器qd當中有乙個為1時，低位計數器的qa為0的月份都是31天。通過找規律，我們可以利用各種閘電路的組合連線，將31天的月份選擇出來。
判斷日期為30天的月份時，我們可以在前面選擇31天月份後加個非門，表示除了31天的月份就是30天的月份。
2月這個特例可以單獨挑出來，雖然2月份按照前面的思路是包含在30天迴圈（30進製計數器）當中，但是我們單獨將它拿出，做乙個28天迴圈（28進製計數器）的電路，其優先順序在30迴圈之前，所以不用考慮如何在判斷30天的月份中排除它的問題。
將這三種情況分別與其31、30、28進行置數的電路連線起來，用乙個and3連線到日期模組兩個計數器的load置數端，就可完成月、日模組的判斷設計了。
月、日模組總體電路圖如下：
7、 子模組年得設計：
年模組是乙個0—99的100進製計數器，由兩個74ls160晶元和兩個led顯示元器件組成，設計思路同分、秒、時模組，由於兩個計數器都是十進位制的，所以clr清零端和load置數端直接接高電平vcc就可以了，電路如圖所示：
8、 年、月、日模組的拼接和清零功能的實現：
清零功能的實現就是在所有74ls160晶元的clr端接出乙個單刀雙擲開關，一端接地，一端接高電平vcc，當開關接地時就可清零。拼接之後電路如圖：
其中年模組下面的連線要接入調節時間的功能模組。
9、 插入調節時間功能：
為了實現此功能，我選用了乙個74ls160晶元，乙個74ls138晶元，乙個led顯示元器件。
通過74ls160晶元的clk端接入乙個單刀雙擲開關，開關一端接地一端接高電平vcc，來進行選擇調節年還是月或者日，clr端加個非門接入qc，表示從0—3的迴圈，將74ls160的qa,qb,qc,qd分別接led的1,2,3,4，其中qa,qb,qc還要接入74ls138資料選擇器的a,b,c端。
我設計的led顯示為1時，可進行年份的調節，2時進行月份的調節，3時進行日期的調節，因為需要手動調節，所以又用了乙個單刀雙擲開關，與74ls138的y1，y2，y3端進行閘電路組合，表示當開關接高電平時可調節數字，之後將這三個埠分別接到年、月、日模組的clk埠或者enp,ent埠即可，如果clk或enp,ent埠要考慮其它模組的進製端，只需與進製端加個與門，表示當有進製或者調節的時候，計數器工作即可。
如下為年、月、日帶清零、調節日期功能電路圖：
顯示為1時，可調節年份：
顯示為2時可調節月份：
顯示為3時，可調節日期：
10、 總體的拼接：
只要將年月日模組的方波脈衝換成時的進製端即可。
六、設計方案的比較：
在進行構思整體設計思路，選用74ls160晶元之前曾經採用過74ls90非同步計數器，但由於解決不了起跑時顯示亂碼的問題放棄了這個方案。
在進行判斷月份的電路設計上曾想過用74ls154資料選擇器，這樣正好12個月份乙個對應乙個埠，但後來發現過於繁瑣又放棄了。
七、除錯過程中問題的處理：
1、比較常見的問題就是不能起跑，後來發現把電路重新複製貼上一下就可以了。
2、最初在進行月模組設計上一直是從0開始計數，從0-12這樣的十二進位制，因為慣性思維模式，一直用clr端來實現計數迴圈，後來用load置數端之後，又出現了1-13的計數迴圈，最終發現用置數端的話要從12開始置數，不像使用clr端時是從13清零了。
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