數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)資料題目1數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、數(shù)字電子鐘電路的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)用七段數(shù)碼顯示器分別顯示時(shí)、分和秒，其中計(jì)時(shí)方式采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)方式，或12進(jìn)制， 有上午（a）和下午（p）指示。功能如下： 具有正常計(jì)時(shí)功能，秒、分、時(shí)進(jìn)位正確。 具有手動校準(zhǔn)功能?？煞謩e對時(shí)和分手動校準(zhǔn)。校時(shí)通過功能鍵和另一個(gè)校時(shí)按鈕 共同完成。第一次按功能鍵，電路處于校時(shí)狀態(tài)，每按一次校準(zhǔn)按鈕則時(shí)計(jì)數(shù)器加 1;第二次按功能鍵，電路處于校分，每按一次校準(zhǔn)按鈕則分計(jì)數(shù)器加1;第三次 按功能鍵，每按一次校準(zhǔn)按鈕則秒計(jì)數(shù)器加1,第四次按功能鍵,脫離校準(zhǔn)狀態(tài)， 電路正常計(jì)時(shí)。 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能,仿中央人民廣播電臺整點(diǎn)報(bào)時(shí)信號，從59分50秒起每隔2秒發(fā) 出一次低音“

2、嘟”信號，持續(xù)時(shí)i'可1秒，間隔時(shí)間1秒，連續(xù)5次；到達(dá)整點(diǎn)時(shí)（00分 00秒）發(fā)一持續(xù)1秒的高音“嘀”信號。（選做） 具有可預(yù)置的鬧吋功能（精確到吋和分），鬧鈴持續(xù)1分鐘；預(yù)置通過修改方式 鍵設(shè)計(jì)解決。（選做）二、操作說明用實(shí)驗(yàn)箱上的cpld器件epm240實(shí)現(xiàn)硬件功能，整個(gè)鐘就用兩個(gè)單步脈沖開關(guān)來控制和 調(diào)節(jié)，一個(gè)作功能選擇，一個(gè)作該功能的調(diào)整輸入，時(shí)鐘脈沖用箱上hiz10ki【z方波脈沖, 頻率要根據(jù)電路來選定，6位數(shù)碼管帶有譯碼器，電路只要輸出bcd碼給他們就可以了，聲 音可用箱上的喇叭。先用quartus ii進(jìn)行仿真，時(shí)、分、秒每個(gè)位的的時(shí)序仿真波形以十 進(jìn)制分組表示才直觀

3、，各波形正確后就到實(shí)驗(yàn)室下載、調(diào)試、驗(yàn)收。三、設(shè)計(jì)的簡要提示設(shè)計(jì)的方框圖可參考圖1,虛框內(nèi)的是hjepm240ti00c5實(shí)現(xiàn)，虛框外在實(shí)驗(yàn)箱上有。譯碼顯示譯碼是示譯碼顯示ttt切換電路切換電路1切換電路a_t4時(shí)位分位秒位選通1hz分頻lkhz脈沖24/12進(jìn)制60進(jìn)制60進(jìn)制電路x電路信號11p j狀態(tài)控翔 <計(jì)數(shù)弄r250hz報(bào)時(shí)比 較電路:鈴聲控 粧電路圖1鬧時(shí)設(shè)鬧時(shí)比 較電路100hz500hzrk狀態(tài)控制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器的模要根據(jù)總體電路的功能數(shù)來定，如設(shè)計(jì)要求第一次按功能鍵，電 路處于校時(shí)狀態(tài)，第二次按功能鍵，電路處于校分，第三次按功能鍵，電路處于 校秒狀態(tài)，第四次按功能

4、鍵,脫離校準(zhǔn)狀態(tài)，電路正常計(jì)時(shí)。為了加入鬧鐘功能 且不使用更多的外部資源，本設(shè)計(jì)將功能鍵改為第四次按功能鍵時(shí)，電路正常計(jì) 時(shí)，并進(jìn)入鬧鐘設(shè)時(shí)模式，第五次按功能鍵時(shí)，電路處于鬧鐘設(shè)分狀態(tài)，第六次 按功能按鍵吋結(jié)束鬧鐘設(shè)置。功能鍵被按的次數(shù)可以用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，由于共有六種狀態(tài)，因此需要六進(jìn)制 的計(jì)數(shù)器,同樣可以用74160實(shí)現(xiàn)。記這六種狀態(tài)分別為b。、b】、b2、b3> b（、b5, 當(dāng)乩二0時(shí)，電路處于該種狀態(tài)。由于為電路正常計(jì)時(shí)的狀態(tài)，即其他狀態(tài)無 效時(shí)的狀態(tài)，所以&可用bebbbs二1表示。其真值表如下表1所示：表1功能按鍵真值表按鍵次數(shù)計(jì)數(shù)器輸出調(diào)時(shí)鐘設(shè)置鬧鐘時(shí)分秒時(shí)分d c

5、b ab1b2b3b4b5第六次000011111第一次000101111第二次001010111第三次001111011第四次010011101第五次010111110根據(jù)真值表可以得到&、bi、b2. b3、bi、b謔輯函數(shù)，即b嚴(yán)dcba,其它可以同理類推得到，所以其電路原理圖如下圖2所示:ldna8qacqb0ocentqdenprcoclrnclk74160m-oiirai counter,：ihgie.：li r "yt>5 三w “ijsdh.一；oirnm:耐m>t.ju半鮮3ovrpvr:titis.雜熱器醸需盍j用 >1p3圖2功能按鍵電

6、路原理圖時(shí)分秒電路的設(shè)計(jì)可用24/(12)、60進(jìn)制電路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)有同步、異步或兩者混合，同 步通盤考慮多些，異步在總體電路調(diào)試難些。異步60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)。用兩片十進(jìn)制的74160接成異步60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可電子鐘的分位和秒位計(jì) 數(shù)器，如圖3所示，該電路似乎時(shí)序余量不夠大！參考“附件5設(shè)計(jì)過程的幾 點(diǎn)要求及說明”中的“一、4”點(diǎn)。圖3異步60進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)異步二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到23時(shí)，個(gè)位計(jì)數(shù)器并非正常置零，因此24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器要進(jìn)行整體置零，即需要對十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生 置數(shù)信號，同時(shí)使兩塊74160集成片置零。電路原理圖如下圖4所示：m0 q

7、蠱;elw;d:odnuj q nitd 3in山nq-j<<0 (do0000 oommalnnoo工 n些一1 qi no _1山oo(j o o (d < or 0 0 0 o同時(shí)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生置客信號nahbiinst> si> g3：atplit i、g4辿祁i "g2> g1圖4異步24進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖 同步24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)同步24進(jìn)制計(jì)數(shù)器是用74160構(gòu)成，如圖5所示。elk50dnwq z50v<omoooqo00ats4.mq=8mzsi nlh3>0 - 05言 s 二 fhifw csmzs-m - 28搭s

8、-=z二三- v -smgmlm 亠 亠 c.8586 ifhj=0 1 2886nq-j<m0 qjlnujoq. zuj2ujqomo o 蟲oo omo< ozr- j - 7 o9lp、no-j<ftt7st1tf圖5同步24進(jìn)制計(jì)數(shù)器校時(shí)電路的設(shè)計(jì)校吋電路可以在接通電源或者計(jì)吋岀現(xiàn)誤差吋，對時(shí)間進(jìn)行校正。在小時(shí)校 正時(shí)應(yīng)不影響分和秒的正常計(jì)時(shí)，同樣在校正分或秒時(shí)，也應(yīng)不影響另外兩個(gè)的 計(jì)時(shí)功能。其電路原理圖如下圖6所示：圖6校時(shí)電路原理圖當(dāng)輸入引腳fbutton的信號乩為低電平時(shí)，電路輸出用于校正的單脈沖，此時(shí) 進(jìn)入校正狀態(tài)，rco_in引腳分別接1hz脈沖或上一級

9、進(jìn)位就可以對時(shí)、分、秒 分別進(jìn)行校正了。rco_in引腳接地吋也可以用于設(shè)置鬧鐘。仿中央人民廣播電臺整點(diǎn)報(bào)時(shí)前面五聲低音信號分別發(fā)生在59分的50、52、54、56、58秒，即只有當(dāng)分 十位的qms2qms4=u，分個(gè)位的qmg>qmgi=11,秒十位的qss2qss4=11,秒個(gè)位的qsg4=0時(shí)發(fā) 出低音報(bào)時(shí)的控制信號。高音信號發(fā)牛在00分00秒，可將時(shí)鐘的分、秒信號都 進(jìn)行或非運(yùn)算，得到報(bào)吋的控制信號。用控制信號控制與門的通斷以決定是否輸 出相應(yīng)頻率報(bào)時(shí)脈沖。具體的電路原理圖如下圖7所示：圖7整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路原理圖鬧鐘功能的設(shè)計(jì)鬧鐘功能除了要產(chǎn)生一個(gè)鬧鈴信號之外，還要將設(shè)置鬧鐘的數(shù)值顯

10、示在數(shù)碼 管上。產(chǎn)生鬧鈴信號的原理比較簡單，只要將時(shí)鐘的時(shí)和分各個(gè)位與鬧鐘的時(shí)和分各個(gè)位分別進(jìn)行異或，再將異或的結(jié)果求或非。當(dāng)時(shí)鐘與鬧鐘的數(shù)值完全一致 時(shí)，每個(gè)異或的結(jié)果都為0,再求或非就可以得到一個(gè)高電平控制信號。其他任 何情況下都會輸岀低電平，故無鬧鐘信號產(chǎn)生。原理圖如下圖8所示：來自時(shí)鐘的輸入來自鬧鐘的輸入來自時(shí)鐘的輸入 » !iinst16時(shí)*桂到與預(yù)設(shè)的鬧鐘相同時(shí)輸出高電平* » * g11tp11t |> pin_name20來自鬧鐘的輸入ipin_name!_1 khz的鬧鈴信號至喇叭 qiltpht ipin_name21圖8鬧鐘功能模塊電路原理圖當(dāng)按

11、功能按鍵進(jìn)入設(shè)置鬧鐘模式時(shí)，可以通過功能按鍵模塊產(chǎn)生高電平控制 信號，用該信號即可控制數(shù)碼管顯示時(shí)鐘還是鬧鐘，將鬧鐘與時(shí)鐘的信號分別和 控制信號和控制信號的非求與，即可實(shí)現(xiàn)在控制信號為1的時(shí)候輸岀鬧鐘信號, 在控制信號為0的時(shí)候輸出時(shí)鐘信號。原理圖如下圖9所示：時(shí)鐘信號輸入=pin_name23|5 " ， * bnand21 ；inst75j 1鬧嘶號輸入 *i pin_name25高電平時(shí) :control控制信號ibnand2and2/ » 尹 1lleh1：|> pin_name22 鬧豐幡號鈾 £0翊$:鬧#fg號圖9鬧鐘、時(shí)鐘顯示選擇模塊電路原理

12、圖控制信號高電平情況已在上圖中做了相應(yīng)說明，控制信號為低電平時(shí)剛好與此相 反，將會輸出時(shí)鐘信號。總體電路原理圖如下圖10所示：消除抖動方法方法1采用d觸發(fā)器的延吋消抖法，如圖11圖11 d觸發(fā)器延時(shí)消抖此消抖法雖然需要時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)，但是它只用到了邏輯器件，可直接在cpld的內(nèi) 部實(shí)現(xiàn)按鍵消抖。此消抖法的原理和常用的軟件消抖法相同，就是當(dāng)檢測到一個(gè) 脈沖信號時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間（這里是l/250s=0.004s=4ms）,再檢測信號是否仍 然存在，如果連續(xù)三個(gè)4ms內(nèi)皆檢測到高電平時(shí)，輸出端才會輸出一個(gè)高電平 信號。如果一個(gè)脈沖信號持續(xù)時(shí)間小于12ms的話，那么消抖器的輸出端是不會 產(chǎn)生脈沖輸出的，這也是不穩(wěn)定階段會出現(xiàn)的情況,如果連續(xù)三個(gè)4ms內(nèi)皆檢測 到低電平時(shí)，原理一樣，輸出則為低電平。因此可以達(dá)到消抖的fi的。此方法能 可以消除抖動。方法2電路如圖12,此電路也可以用于消除按鈕脈沖輸入時(shí)的抖動，前級為互補(bǔ)雙d觸發(fā)器，輸 出級為sr觸發(fā)器。bi為按鈕開關(guān)的脈沖輸入端，bo為去抖動脈沖輸出端，bclk為基準(zhǔn) 秒脈沖。每一個(gè)bclk正脈沖，d觸發(fā)器存入bclk ±升沿和下降沿時(shí)刻的bi狀態(tài)：bl、 bno bl和bn被門電路和sr觸發(fā)器判決。若bl與bn狀態(tài)一致，則bi狀態(tài)有效，b0 輸出bi