多功能數(shù)字鐘設(shè)計

1、EDA設(shè)計（二）多功能數(shù)字鐘設(shè)計姓名： 學(xué)號：院系：電光學(xué)院指導(dǎo)老師： 完成時間：2012目錄摘要3一、實驗設(shè)計內(nèi)容及要求41、內(nèi)容42、設(shè)計基本要求43、設(shè)計提高部分4二、設(shè)計方案5三、子模塊電路設(shè)計61、分頻模塊6（1）2分頻電路6（2）24分頻電路7（3）48分頻電路8（4）1000分頻電路92、計時模塊10（1）秒計時電路11（2）分計時電路13（3）時計時電路143、譯碼顯示模塊154控制模塊17（1）清零電路18（2）保持電路18（3）校分校時電路18四、提高部分設(shè)計191、整點報時電路192、星期顯示電路21五、調(diào)試以及編程下載21六、實驗中遇到問題及解決方法22七、實驗收獲與體

2、會23八、參考文獻24摘要本實驗借助于Quartus7.0軟件設(shè)計一個多功能的數(shù)字時鐘，具有24小時計時、保持、清零、校分校時等基本功能，并在此基礎(chǔ)上添加了星期顯示、校星期、整點報時、動態(tài)顯示等附加功能。并利用Quartus進行相應(yīng)的設(shè)計、仿真、調(diào)試，最后下載到SmartSOPC實驗系統(tǒng)上驗證設(shè)計的正確性。關(guān)鍵詞：多功能數(shù)字時鐘，Quartus,計時，星期顯示，整點報時、動態(tài)顯示、SmartSOPC。ABSTRACTThis experiment is to design a multifunctional digital clock with quartus.The multifunctio

3、nal digital clock has varities of the functions like 24-hour timer, keeping,clearing,adjusting time .It also includes additional functions such as week display, chime on integral hour ,dynamic display and so on. we designed and simulated with Quartusand finally downloaded it to the experiment platfo

4、rm to test.Key words:multifunctional digital clock,qQuartus,timer,week,chime on integral hour, dynamic display,SmartSOPC.多功能數(shù)字鐘設(shè)計一、實驗設(shè)計內(nèi)容及要求1、內(nèi)容利用QuartusII軟件設(shè)計一個數(shù)字鐘，并下載到SmartSOPC實驗系統(tǒng)中，可以完成00:00:00到23:59:59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、整點報時等功能。2、設(shè)計基本要求1) 能進行正常的時、分、秒計時功能，最大計時顯示23小時59分59秒。2) 分別由六個數(shù)

5、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) 在數(shù)字鐘正常工作時可以對數(shù)字鐘進行快速校時和校分。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；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。3、設(shè)計提高部分1) 時鐘具有整點報時功能，當時鐘計到5951”時開始報時，在5951”,5953”, 5955”,5957” 時報時頻率為512Hz,5959”時報時頻率為1KHz。2) 星期顯示：星期顯示功能是在數(shù)字鐘界面顯示星期，到計時到24小時時

6、，星期上顯示的數(shù)據(jù)進一位。二、設(shè)計方案數(shù)字鐘的原理框圖如圖1所示，主要由計時電路，脈沖發(fā)生電路，較分電路，清零電路，譯碼顯示電路和報時電路組成。計時電路在脈沖電路的作用下，產(chǎn)生24小時的計時，同時較分電路控制計時電路中的使能端進行較分，而清零電路則控制計時電路的清零端實現(xiàn)時鐘的清零功能，最終將計時電路的輸出數(shù)據(jù)輸入到譯碼顯示電路實現(xiàn)時鐘的顯示。另外將計時電路的輸出數(shù)據(jù)輸入到報時電路中，完成報時功能。計時電路校分校時電路脈沖發(fā)生電路譯碼顯示電路報時電路清零電路三、子模塊電路設(shè)計1、分頻模塊500HZ2分頻1HZ48MHZ1000分頻48分頻1000分頻2HZ1kHZ1000分頻24分頻 （1）2

7、分頻電路2分頻電路是通過將D觸發(fā)器的端與D端接在一起就可以從Q端得到觸發(fā)器信號的2分頻信號，電路圖如下：波形圖如下：封裝模塊：（2）24分頻電路24分頻器可由模為24的計數(shù)器構(gòu)成，由最高位輸出即可得輸入信號的24分頻信號。模24計數(shù)器由兩片74160通過反饋置數(shù)法構(gòu)成。（圖中sco和mco是計時模塊小時計數(shù)調(diào)用模24所用。分頻電路中直接置1）。電路圖如下：波形圖：封裝模塊：（3）48分頻電路48分頻器可由模為48的計數(shù)器構(gòu)成，由最高位輸出即可得輸入信號的48分頻信號。模48計數(shù)器由兩片74160通過反饋置數(shù)法構(gòu)成。電路圖如下：波形圖如下：封裝模塊：（4）1000分頻電路1000分頻器可由模為1

8、000的計數(shù)器構(gòu)成，由最高位輸出即可得輸入信號的1000分頻信號。模48計數(shù)器由三片片74160直接串聯(lián)構(gòu)成。電路圖如下：封裝模塊：分頻模塊總電路：2、計時模塊計時電路由一個模24計數(shù)器和兩個模60計數(shù)器構(gòu)成，分別代表時、分、秒各位?；驹硎牵簩⒚胛坏闹梦欢薒DN作為分位的使能端，將分位的置位端LDN作為時位的使能端，高低位之間采用同步的時鐘，時鐘頻率為1Hz的脈沖信號。特別要注意的是由于小時跳轉(zhuǎn)時要達到59分59秒故在反饋置數(shù)是條件中要同時包含分位與個位的進位。同時留下使能端與清零端接口給清零保持模塊使用。電路圖：（1）秒計時電路由模60計數(shù)器構(gòu)成。通過兩片74160通過反饋置零法構(gòu)成模6

9、0計數(shù)器。當秒計時至59秒的時候由四與非門輸出一個低電平將秒個位及秒十位置零，同時將此低電平作為進位信號傳遞給分個位。電路圖如下：波形圖如下：封裝模塊：（2）分計時電路由模60計數(shù)器構(gòu)成。通過兩片74160通過反饋清零法構(gòu)成模60計數(shù)器。與秒計時電路不同的是反饋部分加入了秒計時電路進位端。電路圖如下：波形圖同秒計時電路波形圖封裝模塊：（3）時計時電路由模24計數(shù)器構(gòu)成。要注意的是要使進位信號設(shè)計在23時置零進位，必須得等到秒與分信號都計時到59時才能進位清零，所以反饋信號的輸入端還要添加秒和分計時模塊的進位信號。電路圖如下波形圖：封裝模塊：3、譯碼顯示模塊譯碼顯示電路原理框圖如下：顯示電路主要

10、有24選4的數(shù)據(jù)選擇器，計數(shù)器、74138譯碼器、7447顯示譯碼器組成。由于要求是動態(tài)顯示，需要以足夠高的頻率來分別顯示時鐘的時位、分位和秒位。計數(shù)器的作用是驅(qū)動24選4的數(shù)據(jù)選擇器分別選擇時鐘的時位、分位和秒位送給顯示譯碼器7447去驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光，同時又要通過譯碼器74138來選擇使用哪個數(shù)碼管顯示時鐘的時位、分位和秒位。由于時、分、秒每個都需要兩個數(shù)碼管來顯示，所以計數(shù)器應(yīng)該為模6的計數(shù)器。24選4的計數(shù)器可由3個74157組成，其中每個74157的相同的輸出相或后充當新的輸出。實際的電路圖如下：其中24選4電路如下：4控制模塊控制模塊由清零，保持，校分校時三個子模塊構(gòu)成電路圖如下：(

11、1)清零電路清零電路比較簡單，通過開關(guān)直接接到計時電路中秒計時，分計時以及時計時的清零端口。通過開關(guān)（上圖的K2為清零開關(guān)）的閉合，來決定是否清零。（2）保持電路保持電路與清零電路類似。都是通過開關(guān)，只是保持電路控制的是電路中的使能端，直接接到秒計數(shù)起的使能端進控制。（上圖的K1為保持開關(guān)）。（3）校分校時電路校分校時電路類似。均相當于一個二選一電路。當K為1時，校分模塊輸出1hz的脈沖供給分計時模塊正常計數(shù)；當K為0時，校分模塊輸出2hz的脈沖供給分計時模塊校分。其中為了防止撥開關(guān)時引發(fā)的顫動給校分帶來影響，在校分模塊中加入了消顫的D觸發(fā)器。但注意為了控制校59時跳轉(zhuǎn)為零，在電路的計時電路中

12、還要額外加開關(guān)控制輸入的進位信號。（k3校分，k4校時，k5校星期屬于附加電路但原理相同）電路圖如下：控制電路封裝模塊：四、提高部分設(shè)計1、整點報時電路：報時電路是要求電路中的蜂鳴器在每個小時的59分53秒、55秒、57秒發(fā)出低音，而在59分59秒發(fā)出高音。用二進制數(shù)分別表示如下表：時刻分十位分個位秒十位秒個位音高頻率m8m7m6m5m4m3m2m1s8s7s6s5s4s3s2s159分53秒0101100101010011低約500Hz59分55秒0101100101010101低約500Hz59分57秒0101100101010111低約500Hz59分59秒010110010101100

13、1高約1000Hz蜂鳴器發(fā)聲情況表電路圖如下：封裝模塊：2、星期顯示電路星期顯示電路難度不大，與計時電路相似。由模7計數(shù)器構(gòu)成。但要注意的是進位端的控制信號要考慮到秒進位信號與分進位信號。電路圖如下：五、調(diào)試以及編程下載選擇“Processing-start complication”進行全編譯，編譯通過后要進行管腳分配，選擇“AssignmentsàPins”，如圖：在打開的對話框中的“Location”欄中選擇相應(yīng)的管腳填入，并將未用到的管腳置為三態(tài)，最后將程序下載到SmartSOPC實驗系統(tǒng)中運行。六、實驗中遇到問題及解決方法1、將基本電路搭完第一次下載到芯片上運行時，數(shù)碼管顯

14、示的8個8即全亮，因為從下載結(jié)果中沒有看到問題所在只好進行仿真。先從顯示譯碼那部分進行仿真，沒有問題。然后計時電路發(fā)現(xiàn)模7計數(shù)器的使能端接錯。在下載還是有問題，繼續(xù)仿真，發(fā)現(xiàn)分頻電路的48分頻打錯改過來，繼續(xù)下載正常計數(shù)。2、發(fā)現(xiàn)計數(shù)時，時位在59分即跳轉(zhuǎn)，星期位在23小時即跳轉(zhuǎn)。分析計時電路，發(fā)現(xiàn)問題情況類似，即高位的使能端信號沒有控制秒位的分位的進位條件。3、校分電路校分時會從0一直跳到99才跳轉(zhuǎn)為零。分析電路，問題出在校分電路中沒有控制計時條件。于是在計時電路中使能端信號中低位進位信號也。七、實驗收獲與體會這次實驗由于是第一次接觸QuartusII和實驗箱，所以一開始做起來還是比較困難的。自己也付出蠻多的努力，但是有付出必有回報，自己的收獲也是很多。首先是對軟件的熟悉，短短幾天由于實驗的需要，由一開始的一竅不通到后來自己查書問老師逐漸熟悉了這款軟件，掌握了仿真等諸多強大的功能。其次是自己解決問題能力的提高，以前遇到問題總是直接找老師，而這次實驗老師交給我們更多的是解決問題的方法，遇到問題要思考，要通過仿真來解決，通過仿真得到的波形其實解決問題起來會事半功倍。還有就是進行電路設(shè)計時要總體考慮，要有大局觀，因為各個子模塊之間有相互調(diào)用的接口所以再設(shè)計子模塊時就應(yīng)該預(yù)留好，否則做到后