數(shù)字邏輯課程設(shè)計 —數(shù)字鐘

1、數(shù)字邏輯課程設(shè)計數(shù)字鐘班級：計114學(xué)號：119074122姓名：石險峰指導(dǎo)老師：蘇小虎一、 任務(wù)與要求設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個具有整點報時功能的數(shù)字鐘要求：1、設(shè)計一個有“時”、“分”、“秒”（23小時59分59秒）顯示且有校時功能的數(shù)字鐘。 2、有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間。3、計時過程具有整點報時功能，當(dāng)時間到達整點前10秒進行報時。4、用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字鐘，并在實驗箱上進行組裝、調(diào)試。5、畫出框圖和邏輯電路圖。功能：1、計時功能： 要求準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。小時的計時要求為“23翻1”。2、校時功能： 當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤

2、差時，需要校正時間（簡稱校時）。校時是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能，一般電子手表都具有時、分、秒等校時功能。3、整點報時： 每當(dāng)數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響，此實驗設(shè)計當(dāng)時鐘計時到59分50秒時開始報時，持續(xù)10秒。二、設(shè)計方案電路組成框圖：圖1 數(shù)字鐘電路組成框圖數(shù)字鐘電路是一個典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，其由時、分、秒計數(shù)器以及校時和顯示電路組成。其主要功能為計時、校時和報時。利用60進制和24進制遞增計數(shù)器子電路構(gòu)成數(shù)字鐘系統(tǒng)，由2個60進制同步遞增計數(shù)器完成秒、分計數(shù)，由24進制同步遞增計數(shù)器完成小時計數(shù)。秒、分、時之間采用同步級聯(lián)的方式。按鍵func_sel產(chǎn)生單脈沖，控制數(shù)字鐘在計時/校時/校

3、分/校秒四個狀態(tài)間切換。報時功能為整點來臨時蜂鳴器發(fā)出聲響。三、設(shè)計和實現(xiàn)過程1. 各部分電路的設(shè)計過程（1）時分秒計數(shù)器的設(shè)計時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。秒/分鐘顯示電路 ：由于秒鐘與分鐘的都是為60進制的，所以它們的電路大體上是一樣的，都是由一個10進制計數(shù)器和一個6進制計數(shù)器組成；有所不同的是分鐘顯示電路中的10進制計數(shù)器的ENP和ENT引腳是由秒鐘顯示電路的進位信號控制的。分和秒計數(shù)器都是模M=60的計數(shù)器，其

4、計數(shù)規(guī)律為0001585900 ?？蛇x兩片74LS160設(shè)計較為簡單。 時計數(shù)器是一個“23翻0”的特殊進制計數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運行到23時59分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應(yīng)自動顯示為00時00分00秒，實現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計時規(guī)律?？蛇x兩片74LS160設(shè)計。圖 2 60進制同步遞增計數(shù)器 圖3 24進制同步遞增計數(shù)器（2） 校時電路的設(shè)計校時模塊采用AHDL語言描述，源碼如下：SUBDESIGN COUNT_CONTROL(FUNC_SEL:INPUT;SETN:INPUT;SEC_CO,MIN_CO:INPUT;SEC_EN,MIN_en,HOUR_EN:OUTP

5、UT;)VARIABLEQ1.0:DFF;BEGINQ.CLK=FUNC_SEL;Q=Q+1;IF(q>3)THEN Q=0;END IF;CASE Q ISWHEN 0=>SEC_EN=VCC; MIN_EN=SEC_CO; HOUR_EN=MIN_CO;WHEN 1=>SEC_en=gnd; min_en=gnd; hour_en=!setn;when 2=>sec_en=gnd; min_en=!setn; hour_en=gnd;when 3=>sec_en=!setn; min_en=gnd; hour_en=gnd; end case;end; （3）

6、整點報時電路的設(shè)計因報時須在59分50秒開始，故可在分計時電路引出“5”“9”狀態(tài)，秒計時電路引出“5”“0”狀態(tài)，用與門連接后即可接到蜂鳴器，起到報時作用。電路部分截圖如下：圖 5 報時電路（4）顯示電路及完整原理圖圖表 1顯示電路- 11 -1/相關(guān)器件源碼counter6subdesign counter6(clk:input;q2.0:output;)variabless:machine of bits(q2.0)with states(s0=0, s1=1, s2=2, s3=3, s4=4, s5=5);beginss.clk=clk;tabless=>ss;s5=>s

7、4;s4=>s3;s3=>s2;s2=>s1;s1=>s0;s0=>s5;end table;end;select_dispsubdesign select_disp(sel2.0:input;in03.0:input;in13.0:input;in23.0:input;in33.0:input;in43.0:input;in53.0:input;out3.0:output;)begincase sel iswhen 0=>out=in0;when 1=>out=in1;when 2=>out=in2;when 3=>out=in3;whe

8、n 4=>out=in4;when 5=>out=in5;end case;end;deledSUBDESIGN deled(num3.0:INPUT;a,b,c,d,e,f,g:OUTPUT;)BEGINTABLENUM3.0=>a,b,c,d,e,f,g;H"0" =>1,1,1,1,1,1,0;H"1" =>0,1,1,0,0,0,0;H"2" =>1,1,0,1,1,0,1;H"3" =>1,1,1,1,0,0,1;H"4" =>0,1,1

9、,0,0,1,1;H"5" =>1,0,1,1,0,1,1;H"6" =>1,0,1,1,1,1,1;H"7" =>1,1,1,0,0,0,0;H"8" =>1,1,1,1,1,1,1;H"9" =>1,1,1,1,0,1,1;H"A" =>1,1,1,0,1,1,1;H"B" =>0,0,1,1,1,1,1;H"C" =>1,0,0,1,1,1,0;H"D" =>

10、;0,1,1,1,1,0,1;H"E" =>1,0,0,1,1,1,1;H"F" =>1,0,0,0,1,1,1;END TABLE;END;圖表 2數(shù)字鐘原理圖3.部分電路的仿真圖（1）秒向分產(chǎn)生進位時，秒計數(shù)器高位計滿，分進位信號的波形（2）分向時產(chǎn)生進位時，分計數(shù)器高位計滿，時進位信號的波形（3）時計數(shù)器（24進制）的輸出波形（4）整點時，報時輸出信號的波形圖中由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r刻為分鐘59秒鐘為50的時刻，持續(xù)十秒為高電平，意為報警顯示。4.實物電路組裝調(diào)試的方法、調(diào)試過程及遇到的問題：根據(jù)電路圖進行實物的連接。首先分別進行秒、分

11、、時電路的連接，進行調(diào)試，實現(xiàn)成功后再進行校時電路的連接，檢驗分校時的開關(guān)是否正確，然后檢驗時校時的開關(guān)。最后連接報時電路。連接完成將分調(diào)到59分，觀察當(dāng)秒為50時是否發(fā)聲報警。調(diào)試分、秒時，如果到59后立刻清零則表示運行正常。調(diào)試小時部分時，如果在計數(shù)到23，下一時刻就清零則表示運行正常。校時電路的調(diào)試為按下邏輯開關(guān)后，所對應(yīng)的校時部分和秒同步，再按下后則停止。報時電路的調(diào)試為：先將分調(diào)到59分，在秒到50時，蜂鳴器發(fā)出聲響，持續(xù)十秒。電路連接好后，打開電源有時會出現(xiàn)LED數(shù)碼顯示不穩(wěn)定的現(xiàn)象，可能是數(shù)字電子技術(shù)試驗箱接觸不良的問題。5.設(shè)計結(jié)論此次的數(shù)字鐘設(shè)計需要先進行仿真，再將電路連接出來，只有熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了。四、經(jīng)驗、體會總結(jié)在此次