數(shù)字電子時(shí)鐘邏輯電路設(shè)計(jì)

1、摘要 數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，本次數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)采用 GAL系列數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電子鐘組員：黃土標(biāo)黃維超蔡榮達(dá)孫清玉指導(dǎo)老師：麥山日期：2013/12/27芯片來(lái)分別實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的24進(jìn)制和60進(jìn)制的循環(huán)電路，并支持手動(dòng)清零和校正的功能。關(guān)鍵詞 數(shù)字電子鐘；計(jì)數(shù)器； GAL ； 4040芯片；M74LS125AP 三態(tài)門1設(shè)計(jì)任務(wù)及其工作原理 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示時(shí)，分，秒的數(shù)字電子鐘。技術(shù)要求: 秒、分為0059六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)為0023二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(3)可手動(dòng)校正：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)的校正。只要將開關(guān)置于手動(dòng)位置，可分別對(duì) 秒

2、、分、時(shí)進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入校正。并且可以手動(dòng)按下脈沖進(jìn)行 清零。1.2工作原理本數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)是根據(jù)時(shí)、分、秒各個(gè)部分的的功能的不同，分別用GAL16V8D設(shè)計(jì)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和用GAL22V10。秒的個(gè)位，設(shè)計(jì)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,十位設(shè)計(jì)成六進(jìn)制進(jìn)制計(jì)數(shù)器(計(jì)數(shù)從00到59時(shí)清零并向前進(jìn)位)。分部分的設(shè)計(jì)與秒部分的設(shè)計(jì)完全相同；時(shí)的個(gè)位，設(shè)計(jì)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十位設(shè)計(jì)為四進(jìn)制計(jì)數(shù)器, 當(dāng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)到23時(shí)59分59秒時(shí)，使計(jì)數(shù)器的小時(shí)部分清零，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體循環(huán)計(jì)時(shí) 的功能。2電路的組成2.1計(jì)數(shù)器部分：利用GAL16V8D和GAL22V10芯片分別組成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器和六十進(jìn)制計(jì)數(shù)

3、器，它們采用同步連接，利用外接標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。2.2顯示部分：將三片GAL芯片對(duì)應(yīng)的引腳分別接到實(shí)驗(yàn)箱上的七段共陰數(shù)碼顯示管上，根據(jù)脈沖的個(gè)數(shù)顯示時(shí)間。3.3分頻器：由于實(shí)驗(yàn)箱上提供的時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔太小，所以使用GAL16V8D和GAL16V8D、4040芯片和M74LS125AP三態(tài)門芯片設(shè)計(jì)一個(gè)分頻器，使連續(xù)輸出脈沖信號(hào)時(shí)間間隔為0.5s3設(shè)計(jì)步驟及方法 3.1分和秒部分的設(shè)計(jì):分和秒部分的設(shè)計(jì)是采用 GAL16V8D芯片來(lái)設(shè)計(jì)的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具體設(shè)計(jì)如圖1示:日日分88ElVc; COV=c COGAL 1678DGAL 16V8DClkCCQ 1(于咲1、2CltCMLJU

4、開關(guān)3圖1分和秒部分設(shè)計(jì)圖秒部分的設(shè)計(jì)是秒的個(gè)位部分為逢十進(jìn)一， 十位部分為逢六進(jìn)一，從而共同完成從00-59的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)到 59時(shí)清零并重新開始計(jì)數(shù)。3.2小時(shí)的設(shè)計(jì):具體設(shè)計(jì)如圖2示:小時(shí)部分設(shè)計(jì)圖小時(shí)部分的設(shè)計(jì)是二十四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由00到23的二十四進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)。3.3分頻器的設(shè)計(jì)分頻器的設(shè)計(jì)原理是通過(guò)計(jì)數(shù)器把時(shí)鐘源脈沖的頻率降低。因 T = 1/f,f=0.1M要使T=0.5s,則有f = 2所以 0.1M / X = 2 ，得 X=50000所以得做一個(gè)模為50000的計(jì)數(shù)器，這里用GAL16V8D、4040和M74LS125AP三態(tài)門來(lái)構(gòu)建。191615 14 IJ1

5、21110 916V8OCnt_9810404014 13 12 11 10 9 8 8341A& M74LS12SAP12 3 4 5 6 7圖3分頻器設(shè)計(jì)圖6電路總體說(shuō)明:正常顯示:首先手動(dòng)按下脈沖，進(jìn)行手動(dòng)清零。然后在外接分頻器的作用下，將開關(guān)1打開，秒加法計(jì)數(shù)器開始記數(shù)，通過(guò)七段數(shù)碼顯示管顯示秒的數(shù)字。當(dāng)經(jīng)過(guò)60個(gè)脈沖信號(hào)后,秒計(jì)數(shù)器完成一次循環(huán)。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器的由59變?yōu)?0時(shí)，co由低電平跳到高電平，致使分加法計(jì)數(shù)器的cen使能端有效，分加法計(jì)數(shù)器加一，完成秒向分的進(jìn)位。分進(jìn)時(shí) 和秒進(jìn)分的原理一樣。手動(dòng)清零：按下脈沖。手動(dòng)校正:原理如下表:cen adj狀態(tài)計(jì)數(shù)保持01 校正（

6、不進(jìn)位）電路圖總體設(shè)計(jì)如圖3所示:rDC5V3AL 23VtOGAL16V8Ddk，®i 施20 1916VBDCnt 981 107設(shè)計(jì)所用器材1、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器2、分頻器3、三態(tài)門dt 捲aa 百csz.16 15 14 13 12 11101 94O4CGAL16V8D、GAL22V10GAL16V8D、40402 片M74LS125A PGAL O8D14 13 12 11 10 9 8S341A0 M74LS1Z5A P12 3 4 5 6 7Vclk8小結(jié)通過(guò)這一周的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，我感覺有很大的收獲：首先，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使自己對(duì) 課本上的知識(shí)可以應(yīng)用于實(shí)際，使理論與實(shí)際相結(jié)

7、合，加深自己對(duì)課本知識(shí)的更好理解, 同時(shí)也段練了我個(gè)人的動(dòng)手能力，充分利用圖書館網(wǎng)絡(luò)去查閱資料，增加了許多課本以 外的知識(shí)。更加了解了時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟及方法， 對(duì)時(shí)序邏輯電路的觸發(fā)方式的理解更加深刻即同步連接方式和異步連接方式的了解。掌握了abel-hdi語(yǔ)言以及4040、ispEXPERT的使用以及對(duì)GAL系列芯片的設(shè)計(jì)方法有進(jìn)一步的了解，和M74LS125A P三態(tài)門芯片引腳結(jié)構(gòu)和功能的理解及運(yùn)用。其次就是考慮問(wèn)題要周全,即使是一開始認(rèn)為對(duì)的東西，也要用懷疑的心態(tài)來(lái)看待它，這樣才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而解 決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，鍛煉了我的細(xì)心和耐性。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)充分體現(xiàn)了我們的團(tuán)結(jié),細(xì)心和耐

8、性。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了麥山老師的精心指導(dǎo)，解決了課程設(shè)計(jì)中的很多疑難，再次 對(duì)老師表示衷心的感謝！附錄三態(tài)門，是在一般的邏輯門輸出除有咼、低電平兩種狀態(tài)外，還有第三種狀態(tài)一 高阻狀態(tài)的門電路。在高阻態(tài)時(shí)，輸入輸出相互隔斷，輸出端處于懸空狀態(tài)（高阻態(tài)）， 這里輸出端電位取決于各它相連接的外電路。三態(tài)門都有一個(gè)EN控制使能端，來(lái)控制 門電路的通斷。因此利用三態(tài)門可心方便地將輸出端連接到總線。如果你的多個(gè)設(shè)備端口要掛在一個(gè)總線上，必須通過(guò)三態(tài)緩沖器。因?yàn)樵谝粋€(gè)總線上同 時(shí)只能有一個(gè)端口作輸出，這時(shí)其他端口必須在高阻態(tài)，同時(shí)可以輸入這個(gè)輸出端口的 數(shù)據(jù).所以你還需要有總線控制管理，訪問(wèn)到哪個(gè)端口，

9、那個(gè)端口的三態(tài)緩沖器才可以 轉(zhuǎn)入輸出狀態(tài).這是典型的三態(tài)門應(yīng)用，如果在線上沒有兩個(gè)以上的輸出設(shè)備，當(dāng)然用 不到三態(tài)門，而線或邏輯又另當(dāng)別論了附錄二秒計(jì)數(shù)器的代碼:MODULE SECTITLE 'SEC'declarati onsclock PIN 1;cenPIN 2;adjPIN 3; / 校正CEPIN 4;co PIN 19 ist ype 'reg' / 進(jìn)位q6.q4 PIN 18.16 isty pe 'reg'q3.q0 PIN 15.12 isty pe 'reg'D仁q6.q4;D0=q3.q0;equati

10、onsD1.clk=clock;D0.clk=clock;WHEN CE THEND1:=0;D0:=0;ELSEWHEN !cen THENwhe n !adj the nD1:=D1; DO:=DO;elseWHEN (D0=9) THEND0:=0;WHEN (D1=5) THEN D1:=0;ELSE D1:=D1 + 1;ELSED0:=D0+1; D1:=D1;ELSEWHEN (D0=8 )&(D1=5) THENco:=1;WHEN (D0=9) THEND0:=0;WHEN (D1=5) THEN D1:=0;ELSE D1:=D1 + 1;ELSE D0:=D0+1

11、; D1:=D1; END分計(jì)數(shù)器的代碼:MODULE minTITLE 'mi n' declarati onsclock PIN 1;cen PIN 2;adj PIN 3;q6.q4 PIN 18.16 isty pe 'reg'q3.q0 PIN 15.12 isty pe 'reg'co PIN 19 isty pe 'reg'D仁q6.q4;D0=q3.q0;equati onsD1.clk=clock;D0.clk=clock;WHEN !cen THENwhe n !adj the nD1:=D1; D0:=D0;

12、elseWHEN (D0=9) THEND0:=0;WHEN (D1=5) THENco:=0;D1:=0;ELSE D1:=D1 + 1;ELSED0:=D0+1;D1:=D1;ELSEwhe n( adj # !adj)the nWHEN (D0=9) THEND0:=0;WHEN (D1=5) THEND1:=0;co:=1;ELSE D1:=D1 + 1;ELSE D0:=D0+1; D1:=D1; END時(shí)計(jì)數(shù)器的代碼:MODULE houTITLE 'hou' declarati onsclock PIN 1;cen PIN 2;adj PIN 3;q6.q4 PI

13、N 22.20 isty pe 'reg'q3.q0 PIN 19.16 isty pe 'reg'D1=q6.q4;D0=q3.q0;equati onsD1.clk=clock;D0.clk=clock;WHEN !cen THENwhe n !adj the nD1:=D1; D0:=D0;elsewhe n(D1=2)&(D0=3) thenD1:=0;D0:=0;elsewhe n(D0=9) thenD0:=0;D1:=D1 + 1;ELSEWHEN (adj # !adj) the nWHEN (D1=2)&(D0=3) THEND1:=0;D0:=0;ELSEWHEN (D0=9) THEND0:=0;D1:=D1 + 1;ELSED0:=D0+1;D1:=D1;END分頻器代碼:MODULE Cnt 98