南京理工大學(xué)EDA2數(shù)字鐘實驗報告

1、EDA實驗報告 (多功能數(shù)字時鐘設(shè)計) 學(xué)號： 姓名： 學(xué)院：自動化學(xué)院 指導(dǎo)老師：花漢兵 時間：2015年3月8日 摘要本次實驗利用QuartusII7.0軟件設(shè)計了一個具有24小時計時、保持、清零、快速校時校分、整點報時、動態(tài)顯示等功能的的多功能數(shù)字鐘。并利用QuartusII7.0軟件對電路進行了詳細的仿真，同時通過SMART SOPC實驗箱對電路的實驗結(jié)果進行驗證。AbstractThis experiment uses the QuartusII7.0 software to design one to have 24 hours time, the maintenance, the

2、 reset, the fast timing school minute, the integral point reports time and so on digital clocks. And using the QuartusII software realizes the multi-purpose digital clock simulation. Through the SmartSOPC experiment box, I confirm the result of this experiment.1.設(shè)計要求 本次EDA設(shè)計利用Quartus II7.0軟件設(shè)計一個多功能數(shù)

3、字鐘，并下載到Smart SOPC實驗系統(tǒng)中進行驗證。該數(shù)字計時器可以完成從00:00:00到17:59:59的計時功能，并在控制電路的作用下具有保持、清零、快速校時、快速校分、整點報時以及眾多附加功能。1、能進行正常的時、分、秒計時功能；2、分別由六個數(shù)碼管顯示時分秒的計時； 3、 K1是系統(tǒng)的使能開關(guān)（K1=0正常工作，K1=1時鐘保持不變）； 4、 K2是系統(tǒng)的清零開關(guān)（K2=0正常工作，K2=1時鐘的分、秒全清零）； 5、 K3是系統(tǒng)的校分開關(guān)（K3=0正常工作，K3=1時可以快速校分）； 6、 K4是系統(tǒng)的校時開關(guān)（K4=0正常工作，K4=1時可以快速校時）2.設(shè)計方案原理本實驗要求

4、的數(shù)字時鐘是由脈沖發(fā)生電路，計時電路，校時校分保持電路，清零電路，報時電路以及譯碼顯示電路組成。實驗為了設(shè)計時清晰明了，采取了分模塊設(shè)計的方式，最后由各模塊組裝成總的電路。其中脈沖發(fā)生電路是將實驗室提供的48Mhz的頻率進行分頻得到設(shè)計要求的各頻率脈沖，計時電路由模60和模17計時器構(gòu)成，校時校分保持及清零電路分別由各自的開關(guān)K控制，報時電路是通過計時電路的時分秒的輸出的反饋信號，連接到一個蜂鳴器上實現(xiàn)報時，譯碼顯示電路時由24to4模塊和一個譯碼器7447組成，連接六個數(shù)碼管。 簡易的總體原理圖如下：計時電路校分校時保持清零電路脈沖發(fā)生電路譯碼顯示電路報時電路3.分模塊設(shè)計與模塊組裝模塊一:

5、脈沖發(fā)生電路本實驗的實驗箱提供頻率為48Mhz的脈沖信號，而數(shù)字時鐘需要1hz的計時脈沖，2hz的快速校時校分脈沖，500hz，1000hz的報時電路脈沖。因此需要設(shè)計分頻電路實現(xiàn)48Mhz信號的脈沖分頻。1. 二分頻電路： 2分頻電路是將D觸發(fā)器的輸出端接非門與D端連接，從Q端得到2分頻信號，模擬得到的波形如下：2. 三分頻電路： 3分頻電路采用74160的置數(shù)法實現(xiàn)。按照0000到0001到0010的順序循環(huán)，每次循環(huán)到0010時進行置數(shù)，即QB作為置數(shù)信號輸入，其波形如下：3.八分頻電路： 8分頻電路可以直接采用將3個2分頻電路進行級聯(lián)得到，其波形如下：4十分頻與千分頻電路：10分頻采用

6、74163計數(shù)器設(shè)計模10計時器，從0000到1001計數(shù)，到1001時同步清零，其波形如下：千分頻采用直接將3個10分頻電路級聯(lián)得到，其原理圖如下：總脈沖分頻電路的原理圖：由以上電路可以實現(xiàn)48Mhz信號的分頻，得到實驗需求的1Khz，500hz，2hz和1hz信號。模塊二：計時電路（包含清零電路和校時電路）計時電路分為秒計時電路，分計時電路和時計時電路。其中秒計時電路和分計時電路均是從00計數(shù)到59，可以由模60計數(shù)器構(gòu)成，而時計時電路則是從00到17，所以需要由模18計數(shù)器構(gòu)成。1. 秒計時器2. 分計時器3. 時計時器4.計時電路總圖模塊三：報時電路報時電路的輸入信號時連接在計時電路的

7、輸出上，通過計時電路的出入通過基本的與門和非門組合得到報時的反饋信號，再將此反饋信號接入到一個蜂鳴器上，實現(xiàn)報時功能。本次實驗設(shè)計的是在59分53秒，55分55秒，55分57秒和55分59秒的時刻進行報時，報時信號位500hz和1Khz的脈沖信號。其電路原理圖如下：模塊四：譯碼顯示電路譯碼顯示電路時由24to4模塊和一個7447組成，連接到六個數(shù)碼管。其中24to4是由計數(shù)器74163，譯碼器74138組成。實驗共需顯示時十位，時個位，分十位，分個位，秒十位，秒個位，共計6個數(shù)碼管，所以需要將74163設(shè)計位模6計數(shù)器，即在0101時清零。譯碼器74138輸出到對應(yīng)的6個數(shù)碼管使能端。7416

8、3需要工作在1Khz的高頻率上，這樣因為人眼的滯留效應(yīng)可以保證看到的數(shù)碼管是持續(xù)亮著的。 總模塊組裝電路：將上面得到的所有模塊的電路進行封裝，然后將所有模塊放在一張原理圖中進行組合連接，可以得到如下的電路總圖：4.編譯、下載、調(diào)試1.編譯：對組裝得到的電路總圖進行置頂，然后編譯。對編譯中的錯誤進行改正，調(diào)試，直到將總原理圖編譯成功。2.下載：將編譯成功的原理圖進行管腳分配，對照實驗指導(dǎo)冊上的管腳圖逐個分配管腳。完成管腳分配后就可以進行下載調(diào)試了。3.調(diào)試：當(dāng)程序下載到Cyclone系列的EP1C12Q240C8芯片上后，通過控制清零開關(guān)，保持開關(guān)，校時開關(guān)，校分開關(guān)來實現(xiàn)電路各項功能的測試。5.實驗過程遇到問題及解決 此次實驗完成的比較順利，唯一的問題是當(dāng)下載調(diào)試時發(fā)現(xiàn)計時器正常工作時秒位走的過快，通過對總的分頻電路加以調(diào)節(jié)，最后成功解決了該問題。6.實驗總結(jié)實驗中所涉及的數(shù)電知識并不算太難，但因為數(shù)電課是在一年前上的，所以知識遺忘的很厲害，設(shè)計電路時不得不邊翻書邊復(fù)習(xí)邊設(shè)計。特別是在很多使能端和清零端的使用上以及確定是同步清零或異步置數(shù)等方面并不能得心應(yīng)手，需要不斷的翻閱課本查閱資料?？偟膩碚f，這次實驗給了我很多收獲。當(dāng)初學(xué)數(shù)電覺得知識很空，設(shè)計什么