基于電氣工程角度談數(shù)字萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)

王怡　劉運(yùn)成　肖楠　高霖灃

摘要：萬(wàn)年歷作為日常中的小工具，具有多方面的功能，能有效幫助人們記錄以及計(jì)算時(shí)間，在極大程度上幫助人們?cè)谌掌谝约皶r(shí)間方面有最直觀的體現(xiàn)。本文通過(guò)數(shù)字電路技術(shù)的基本知識(shí)和技能設(shè)計(jì)出一個(gè)萬(wàn)年歷，需實(shí)現(xiàn)時(shí)間和日期的顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是自選集成芯片和門(mén)電路來(lái)完成，比如74LS160計(jì)數(shù)器、BCD—七段顯示譯碼器等。還要熟悉Proteus仿真軟件的使用。本文詳細(xì)介紹了萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)、仿真過(guò)程，其中包括計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)原理、仿真原理和過(guò)程，硬件介紹和參數(shù)選擇，以及調(diào)試工作的具體實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：萬(wàn)年歷;計(jì)數(shù)器;Proteus;數(shù)字電路

引言：

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，給人類(lèi)生活帶來(lái)了根本性的改變，近年來(lái)，我國(guó)科技的不斷發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱行業(yè)——電子產(chǎn)業(yè)獲得長(zhǎng)足發(fā)展，各種電子產(chǎn)品琳瑯滿(mǎn)目，隨處可見(jiàn)，隨著電子產(chǎn)品更新速度的加快，各種功能強(qiáng)大、款式新穎的電子產(chǎn)品不斷問(wèn)世。數(shù)字萬(wàn)年歷便是這一發(fā)展趨勢(shì)中的代表，數(shù)字萬(wàn)年歷順應(yīng)了人們對(duì)時(shí)間方面的要求，它的出現(xiàn)給人們的生活帶來(lái)了諸多方便，在時(shí)間極為寶貴的現(xiàn)代生活中，其作用更是不言而喻。它在學(xué)校、車(chē)站、酒店、劇院、醫(yī)院、辦公室等場(chǎng)所的應(yīng)用非常廣泛。

一、設(shè)計(jì)背景

隨著社會(huì)、科技的發(fā)展，人類(lèi)得知時(shí)間的重要性，從觀測(cè)太陽(yáng)、擺鐘到現(xiàn)在的電子鐘，為了更好地觀測(cè)時(shí)間，人類(lèi)不斷進(jìn)行研究、創(chuàng)新;萬(wàn)年歷也就應(yīng)運(yùn)而生，它集時(shí)間、日期、星期等功能于一身，具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器、儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）熟悉集成電路的引腳安排。

（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。

（3）了解數(shù)字萬(wàn)年歷的組成及工作原理。

（4）理解并掌握卡諾圖在設(shè)計(jì)當(dāng)中的使用

（5）熟悉數(shù)字萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與制作。

三、設(shè)計(jì)成果

整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于Proteus仿真軟件以及數(shù)字電路、模擬電路相關(guān)理論知識(shí)，并在Proteus下設(shè)計(jì)和仿真，達(dá)到預(yù)期效果。主要培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)加深對(duì)電路結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)和積累電子電路設(shè)計(jì)，電路仿真，電子工藝的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

四、總體方案設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)60進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)秒-分及分-時(shí)的計(jì)數(shù)功能。設(shè)計(jì)24進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)-日的計(jì)數(shù)功能。設(shè)計(jì)31、30、29、28制天計(jì)數(shù)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同月份的月計(jì)數(shù)功能。設(shè)計(jì)12機(jī)制月計(jì)數(shù)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)月-年計(jì)數(shù)功能。設(shè)計(jì)7進(jìn)制周計(jì)數(shù)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)日-周計(jì)數(shù)功能。設(shè)計(jì)閏年平年不同月份不同進(jìn)制邏輯電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)。設(shè)計(jì)時(shí)間調(diào)節(jié)選擇按鈕。原理框圖如圖2-1所示

（二）方案的實(shí)現(xiàn)

1、計(jì)數(shù)器

年、月、日、星期、時(shí)、分、秒分別為365、12、31（28、29、30）、7、24、60、60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，在此課程設(shè)計(jì)中采用74LS160、74161也可用74LS163，74LS190等計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)的電路中有兩種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)清零（同步置數(shù)和異步清零）。

2、CP脈沖源

由555多諧振蕩器產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)頻率，為了得到1HZ的秒信號(hào)，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。分頻器的級(jí)數(shù)和每級(jí)的分頻次數(shù)要根據(jù)時(shí)標(biāo)頻率來(lái)確定。但由于Proteus仿真軟件中的晶體振蕩器不能起振，所以無(wú)法產(chǎn)生確切的時(shí)鐘信號(hào)，所以設(shè)計(jì)555多諧振蕩器產(chǎn)生100Hz時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)74LS160兩級(jí)分頻得到1Hz標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)

3、顯示譯碼電路和校對(duì)電路

計(jì)數(shù)器的譯碼顯示采用BCD-七段譯碼顯示器，校對(duì)電路可選擇不同頻率的脈沖源來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間，高頻脈沖源調(diào)節(jié)速度快，低頻脈沖源調(diào)節(jié)速度慢

五、總結(jié)與體會(huì)

首先，設(shè)計(jì)上的缺點(diǎn)和不足：

（1）1Hz信號(hào)源不夠精確;

（2）使用的邏輯門(mén)電路較多，線(xiàn)路較雜;

（3）因?yàn)樗婕暗木€(xiàn)路較為復(fù)雜，故沒(méi)有做出實(shí)物圖。

其次，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善提出的建議：

（1）使用更精確的時(shí)鐘信號(hào)源;

（2）在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用數(shù)電知識(shí)盡量簡(jiǎn)化邏輯關(guān)系，減少門(mén)電路數(shù)量，從而使電路更加簡(jiǎn)潔明了

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作者簡(jiǎn)介：

王怡（1997-），女，漢，四川省廣安市，本科，研究方向：電氣工程

劉運(yùn)成（1998-）男，漢，四川省西昌市，本科，研究方向：電氣工程

肖楠（1999-）女，漢，四川省成都市，本科，研究方向：電氣工程

高霖灃（1999-）男，漢，四川省達(dá)州市，本科，研究方向：電氣工程