課程設(shè)計：三分鐘可編程倒計時報警器

1、目 錄一、設(shè)計任務(wù)與要求 2二、總體框圖 2三、選擇器件 31.同步預置四位十進制計數(shù)器74LS160 32.數(shù)碼顯示器 43.二輸入與非門 54.二輸入與門 65.非門 66.六輸入與門 67. 555定時器 7四、功能模塊 91.秒脈沖發(fā)生器9 2.秒、分、時計數(shù)器 93.校時電路 114.報時電路 13五、總體設(shè)計電路圖 15六、心得與總結(jié) 17三分鐘可編程倒計時報警器一、 設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計任務(wù)：三分鐘可編程倒計時報警器設(shè)計要求：1.具有可編程及報時的功能，并能夠隨時顯示計數(shù)結(jié)果。 2.設(shè)有外部操作開關(guān)，控制計數(shù)器實現(xiàn)直接置數(shù)、啟動和清零等操作。 3.計數(shù)器可設(shè)置為03分鐘（即180秒

2、）內(nèi)任意時段的倒計時。 4.計數(shù)器遞減計數(shù)到零時，數(shù)碼顯示管不能滅燈，同時發(fā)出持續(xù)發(fā)光報警信號。二、 總體框圖倒計時預置數(shù)數(shù)碼管顯示報警預置數(shù)模塊：在開啟相應開關(guān)（setgw、setsw、setbw）后，通過來脈沖計數(shù)分別給個位十位百位預置數(shù)，使得在啟動開關(guān)后從此數(shù)開始倒計時。倒計時模塊：在啟動開關(guān)(clk)后，從預置的數(shù)開始倒計時，倒計到0時，倒計時結(jié)束，此時數(shù)碼顯示管持續(xù)不滅燈。另外，可在任意時刻通過控制摁鈕實現(xiàn)清零。報警模塊：每倒計到整十秒時，發(fā)出一次報警。同時，當?shù)褂嫊r結(jié)束時會再次發(fā)出報警聲，以及報警燈亮起。此時，可通過開關(guān)（shutalert）關(guān)閉報警燈，報警聲，以停止報警。數(shù)碼管顯

3、示模塊：通過對輸入信息的判斷，選擇在哪個數(shù)碼管上顯示哪個圖形符號（即數(shù)字）。倒計時模塊 數(shù)碼管顯示模塊個位十位百位選擇時間38譯碼器數(shù)碼管 報警模塊 每10秒報時一次計時結(jié)束報警方案一：預置數(shù)部分，可以借助Quartus II提供的芯片（如：74LS192，74LS190，74LS160等）完成計數(shù)功能。倒計時部分，可以借助Quartus II提供的芯片（如：74LS192等）完成有借位的減法運算。但操作較為繁瑣，涉及到的元器件較多，涉及到的問題可能會有芯片是否有所損壞使得設(shè)計結(jié)果不夠理想。 方案二：完全用VHDL語言編寫程序下指令，實驗數(shù)據(jù)較為準確，設(shè)計結(jié)果較為理想，但思考量較大，思維過于復

4、雜。方案三：將完整的原理圖按照功能需求分成幾個不同模塊，將各個部分在繪制原理圖或者用VHDL語言編寫程序后進行編譯制成可供使用的模塊，再借助各個模塊繪制總的原理圖。這樣，總原理圖清晰明了，各個模塊的功能清晰，且設(shè)計結(jié)果較為理想。故選擇此方案。三、選擇器件EDA實驗箱所使用到的芯片為Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EP1C12Q240C8N。外圍接口電路為IO5與蜂鳴器接口相連，IO3與IO_CLK相連，IO9與一個紅色發(fā)光二極管相連。四、功能模塊模塊一：預置數(shù)模塊。當遇到上升沿后輸出將自動加1。若輸出是9再遇到上升沿時將自動變?yōu)?。符號如右圖。 相應程序如下：library i

5、eee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity count is port( clk:in std_logic; co:out std_logic_vector(3 downto 0);end entity count;architecture fun of count is signal count:std_logic_vector(3 downto 0);begin co=count; process(clk) begin if(clkevent and clk=1)then if(count=1

6、001)then count=0000; else count=count+1; end if; end if; end process;end fun;其功能仿真圖像為： 根據(jù)圖像可知，在每次遇到上升沿后輸出將自動加1。若輸出是9再遇到上升沿時將自動變?yōu)?。模塊二：倒計時模塊。此模塊由個位、十位、百位三部分組成。個位部分：時鐘信號與個位模塊相連，當時鐘信號給出上升沿時，個位將實現(xiàn)減1的功能，即每次遇到上升沿都將減1，同時借位輸出端為低電平,若個位為0時，在遇到上升沿后將自動變?yōu)?，同時借位輸出端為高電平。在個位、十位、百位均為0時，無論是否有時鐘信號都不再進行減法運算。當個位置數(shù)端撥向高電平

7、時，預置數(shù)中的數(shù)將給個位置數(shù)。另外，當摁下清零鍵時，個位將自動清零。其符號如右圖。相應程序為：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity gww is port( clk,reset,setgw:in std_logic; cogw:in std_logic_vector(3 downto 0); fsw,fgw,fbw:in std_logic_vector(3 downto 0); ensw:out std_logic; daout:out std_logic_vector(

8、3 downto 0); lout:out std_logic);end entity gww;architecture fun of gww is signal count:std_logic_vector(3 downto 0); begin daout=count; process(clk,reset,setgw,cogw,fgw,fsw,fbw) begin -ensw=k; if(reset=1)then count=0000; elsif(setgw=1)then count=cogw; elsif( fsw=0000and fbw=0000and fgw=0000)then co

9、unt=0000;lout=1; else if(clkevent and clk=1)then if(count=0000)then count=1001;ensw=1; else count=count-1;ensw=0; end if; end if; end if; end process;end fun;其功能仿真圖像如下。根據(jù)圖像可知，當將setgww鍵置為高電平時，可對個位進行異步置數(shù)，使得輸出為預置數(shù)模塊中對個位輸出的數(shù)（cogw）。當?shù)褂嫊r到0（fgw,fsw,fbw=0）時停止計時，并發(fā)送信號lout（用于觸發(fā)報警）。其他情況時，當遇到上升沿時立即減1，借位輸出端為低電平,

10、如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為9，同時借位輸出端產(chǎn)生上升沿，觸發(fā)十位進行減法運算。十位部分：十位的上升沿由個位的借位輸出端提供。當遇到上升沿時，十位將實現(xiàn)減1的功能，即每次遇到上升沿都將減1，同時借位輸出端為低電平。若十位為0時，在遇到上升沿后將自動變?yōu)?，同時借位輸出端產(chǎn)生上升沿，觸發(fā)百位進行減法運算。當setsw鍵撥向高電平時，將實現(xiàn)對十位的置數(shù)。當摁下reset鍵時，實現(xiàn)對十位的清零。其符號如左圖所示。以下為該模塊相應程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY

11、 sww ISPORT(CLK,RESET,setsw:IN STD_LOGIC; cosw:in std_logic_vector(3 downto 0); enbw:OUT STD_LOGIC; DAOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY sww;ARCHITECTURE fun OF sww ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINDAOUT=COUNT;PROCESS(CLK,RESET,cosw,setsw) BEGINIF(RESET=0)THENCOUNT=0000;

12、ELSIF(setsw=1)THENcount=cosw;ELSIF(CLKEVENT AND CLK=1)THENIF(COUNT=0000)THEN count=1001;enbw=1;else count=count-1;enbw=0;end if;end if;end process;end fun;其相應功能仿真圖如下：根據(jù)圖像可知，當setsw鍵撥向高電平時，實現(xiàn)對十位的異步置數(shù)。當reset鍵為低電平時，實現(xiàn)對十位的異步清零。其他情況時，當遇到上升沿時立即減1，借位輸出端為低電平,如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為9，同時借位輸出端為高電平。百位部分：百位的上升沿由十位的借位

13、輸出端提供。當遇到上升沿時，十位將實現(xiàn)減1的功能，即每次遇到上升沿都將減1，如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為1。當setbw鍵撥向高電平時，實現(xiàn)對百位的置數(shù)。當reset鍵撥向低電平時時，實現(xiàn)對百位的清零。其符號如右圖所示。相應模塊的程序如下：lIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY bww ISPORT(CLK,RESET,setbw:IN STD_LOGIC; cobw:in std_logic_vector(3 downto 0); DAOUT:OUT STD_LO

14、GIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY bww;ARCHITECTURE FUN OF bww ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINDAOUT=COUNT;PROCESS(CLK,RESET,setbw,cobw) BEGINIF(RESET=0)THENCOUNT=0000;elsif(setbw=1)then count=cobw;ELSe IF(CLKEVENT AND CLK=1)THEN if (count=0000)then count=0001; else COUNT=0000; end i

15、f; end if; END IF; END PROCESS;END FUN;相應功能仿真圖如下： 根據(jù)圖像可知，當setbw鍵撥向高電平時，實現(xiàn)對百位的異步置數(shù)。當reset鍵為低電平時，實現(xiàn)對百位的異步清零。其他情況時，當遇到上升沿時立即減1，如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為1。模塊三：報警模塊。報警模塊由兩部分組成，報警一：每整十秒報警（蜂鳴器工作）一次；報警二：當?shù)褂嫊r到0時，即個位、十位、百位輸出均為0時，報警（蜂鳴器和紅色發(fā)光二極管均工作）一次，此時可通過控制開關(guān)關(guān)閉報警，同時維持個位、十位、百位輸出均為0的狀態(tài)。其符號分別為： 報警一相應程序： LIBRARY IEEE;U

16、SE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ALERT1 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; DAINgw:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SPEAK:OUT STD_LOGIC);END ALERT1;ARCHITECTURE FUN OF ALERT1 ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);SIGNAL COUNT1:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINSPEAKER:PROCESS(CLK)BEGINSPEAK=10)THENCOUNT1=00;ELSE COUNT1=COUNT1+1;END IF;ELSE COUNT1=00;END IF;END IF;END PROCESS SPEAKER;END FUN;其功能仿真圖像為：報警二相應程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ALERT2 ISPORT(lin,shut:IN STD_LOGIC; speaker,led:OUT STD_LOGIC);END AL