EDA綜合設(shè)計(jì)參考模板

1、EDA設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)姓名: 學(xué)號(hào):同組人：院系：自動(dòng)化學(xué)院指導(dǎo)老師：譚雪琴 蔣萍時(shí)間: 2011-50 / 23摘要：此次EDA實(shí)驗(yàn)我們用軟件Quartus和配套的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，來設(shè)計(jì)24小時(shí)的數(shù)字鐘。在軟件上完成相應(yīng)電路的搭建及仿真，調(diào)試后下載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際測試。我設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘具有24小時(shí)計(jì)時(shí)、校分、校時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。以上的功能都下載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上成功演示出來。我還設(shè)計(jì)了鬧鐘功能，在仿真時(shí)很成功，但后來下載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上有問題。ABSTRACT：During this experiment I learn to use a software named Quartus which i

2、s completely unfamiliar to me. After about four days work I design a digital clock which has the basic functions as counting,resetting hour, resetting minute, ring at each hour. I also design a block which is about setting the alarm. The block is successfully stimulated but has some unknown problems

3、 when down loaded into the platform. I account for this in detail later.關(guān)鍵字：多功能數(shù)字鐘，校分，校時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)，鬧鐘KEY WORDS: DIGITAL CLOCK, RINGING, ALARM目錄正文11 設(shè)計(jì)要求說明12 符號(hào)說明13 方案論證24 48MHz1Hz 模塊的設(shè)計(jì)及仿真45 數(shù)字鐘時(shí)、分、秒為的設(shè)計(jì)66 24選4和動(dòng)態(tài)顯示模塊的設(shè)計(jì)及仿真87 整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊的設(shè)計(jì)98 模塊的設(shè)計(jì)及仿真99 鬧鈴模塊的設(shè)計(jì)和仿真1010 試下載15實(shí)驗(yàn)感想15注解17參考文獻(xiàn)17致謝17正文1. 設(shè)計(jì)要求說明利用Qua

4、rtusII軟件設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘，并下載到SmartSOPC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。本次EDA實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器，可以完成00:00:00到23:59:59的計(jì)時(shí)功能，并在控制電路的作用下具有保持、清零、快速校時(shí)、快速校分、整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。設(shè)計(jì)基本要求如下：1) 能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能；2) 分別由六個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)分秒的計(jì)時(shí)；3) K1是系統(tǒng)的使能開關(guān)（K1=0正常工作，K1=1時(shí)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(shí)鐘的分、秒全清零）；5) K3是系統(tǒng)的校分開關(guān)（K3=0正常工作，K3=1時(shí)可以快速校分）；6) K4是系統(tǒng)的校時(shí)開關(guān)（K4=0正常工作，K4=

5、1時(shí)可以快速校時(shí)）；設(shè)計(jì)提高部分要求7) 使時(shí)鐘具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（當(dāng)時(shí)鐘計(jì)到5953”時(shí)開始報(bào)時(shí)，在5953”, 5955”,5957” 時(shí)報(bào)時(shí)頻率為512Hz,5959”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為1KHz, ）；8) 鬧表設(shè)定功能；9) 自己添加其他功能；2. 符號(hào)說明使用符號(hào)意義使用符號(hào)意義KEY1機(jī)械開關(guān)K1KEY5設(shè)定鬧鈴的分時(shí)位KEY2機(jī)械開關(guān)K2KEY6設(shè)定鬧鈴的小時(shí)位KEY3機(jī)械開關(guān)K3KEY7定時(shí)、計(jì)時(shí)切換開關(guān)KEY4機(jī)械開關(guān)K4BEEP蜂鳴器HHD時(shí)十位BCD碼DHLD時(shí)個(gè)位BCD碼DHHC時(shí)十位BCD碼CHLC時(shí)個(gè)位BCD碼CHHB時(shí)十位BCD碼BHLB時(shí)個(gè)位BCD碼BHHA時(shí)十位BCD

6、碼AHLA時(shí)個(gè)位BCD碼AMHD分十位BCD碼DMLD分個(gè)位BCD碼DMHC分十位BCD碼CMLC分個(gè)位BCD碼CMHB分十位BCD碼BMLB分個(gè)位BCD碼BMHA分十位BCD碼AMLA分個(gè)位BCD碼ASHD秒十位BCD碼DSLD秒個(gè)位BCD碼DSHC秒十位BCD碼CSLC秒個(gè)位BCD碼CSHB秒十位BCD碼BSLB秒個(gè)位BCD碼BSHA秒十位BCD碼ASLA秒個(gè)位BCD碼A3. 方案論證3.1脈沖分頻電路的方案脈沖分頻電路的主要目的是把最初的48MHz的頻率分為1KHz（用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和蜂鳴器報(bào)時(shí)用）、512Hz（用于蜂鳴器報(bào)時(shí)）、2Hz（用于快速校分和校時(shí)）和1Hz（用于作秒脈沖）。設(shè)計(jì)思

7、路：先設(shè)計(jì)個(gè)模48計(jì)數(shù)器，再設(shè)計(jì)模1000計(jì)數(shù)器。模48計(jì)數(shù)器用兩片74160芯片配若干門電路。模1000計(jì)數(shù)器用三片74160芯片配以若干門電路。1MHz模48計(jì)數(shù)器模1000計(jì)數(shù)器模1000計(jì)數(shù)器48MHz1KHz1Hz512Hz1KHz2Hz圖148MHz-1Hz原理方框圖方框圖如下3.2 模60計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)思路：用兩片74160芯片加上少數(shù)門電路構(gòu)成模60計(jì)數(shù)器，并且把相應(yīng)的保持、校分、清零功能做上去。Key2（清零）Key1（保持）1Hz秒位BCD碼輸出（8位數(shù)據(jù)線） 模60秒位 計(jì)數(shù)器秒位進(jìn)位信號(hào)圖2秒位模塊功能方框圖Key2（校分）Key2（清零）Key1（保持） 模60

8、分位 計(jì)數(shù)器秒位進(jìn)位信號(hào)分位BCD碼輸出（8位數(shù)據(jù)線）分位進(jìn)位信號(hào)圖3分位模塊功能方框圖Key4（校時(shí)）Key2（清零）Key1（保持）分位進(jìn)位信號(hào) 模24時(shí)位 計(jì)數(shù)器時(shí)位BCD碼輸出（8位數(shù)據(jù)線）圖4時(shí)位模塊功能方框圖3.3 報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)方案使時(shí)鐘具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能：當(dāng)時(shí)鐘計(jì)到5953”時(shí)開始報(bào)時(shí)，在5953”, 5955”,5957” 時(shí)報(bào)時(shí)頻率為512Hz, 5959”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為1KHz。表1整點(diǎn)報(bào)時(shí)邏輯TIMEMHCMHAMLDMLASHDSHCSHBSHASLDSLCSLBSLA5953”1111010100115955”1111010101015957”1111010101115

9、959”111101011010由上表可以看出，F(xiàn)out=MHC*MHA*MLD*MLA*SHC*SHA*(SLC*SLA+SLB*SLA)*F512Hz+ SLD*SLA*F1KHz3.4 顯示譯碼電路的設(shè)計(jì)方案顯示譯碼電路由4個(gè)81MUX數(shù)據(jù)選擇器、1個(gè)模6分頻器、1個(gè)顯示譯碼器7447組成、6個(gè)數(shù)碼管?？紤]到數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多，所以采用動(dòng)態(tài)譯碼顯示。 74138譯碼器1KHzA2A1A0A0 模6 計(jì)數(shù)器數(shù)碼管片選信號(hào)24選4數(shù)據(jù)選擇器顯示譯碼器 7447數(shù)碼管圖5顯示譯碼模塊功能方框圖3.5 鬧鈴模塊的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立于正常計(jì)時(shí)模塊外的計(jì)時(shí)模塊。正常時(shí)，顯示時(shí)鐘的時(shí)間，鬧鈴模塊里鎖存這

10、設(shè)定的鬧鈴時(shí)間，比較器工作，時(shí)刻查詢比較。當(dāng)時(shí)鐘時(shí)間和設(shè)定的時(shí)間相同時(shí)比較器給出信號(hào)，蜂鳴器響。設(shè)計(jì)類似校分校時(shí)的模塊，設(shè)定鬧鐘時(shí)間。3.6 整個(gè)電路的模塊結(jié)構(gòu)圖6整個(gè)電路的模塊方框圖4. 48MHz1Hz模塊的設(shè)計(jì)及仿真4.1 MOD48計(jì)數(shù)器由兩個(gè)74160計(jì)數(shù)器構(gòu)成，搭成如下電路圖。圖7MOD48電路圖圖8MOD48電路圖的仿真結(jié)果4.2 MOD1000由三個(gè)74160計(jì)數(shù)器構(gòu)成，搭成如下電路圖。圖9MOD1000電路圖圖10MOD1000電路圖的仿真結(jié)果4.3 MOD48M將上述模塊接連起來，并引出其他有用的頻率。搭建如下電路圖。圖11MOD48M電路圖產(chǎn)生2Hz和512Hz的思想：在

11、最后一個(gè)MOD1000計(jì)數(shù)器的輸出端引QB做為2Hz的信號(hào)。把1KHz的頻率經(jīng)過T觸發(fā)器進(jìn)行分頻，上圖中T觸發(fā)器的方程式。5. 數(shù)字鐘時(shí)、分、秒為的設(shè)計(jì)5.1 MOD24計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及仿真模24模塊用于小時(shí)位。它要設(shè)計(jì)保持、校時(shí)、清零功能，無需設(shè)計(jì)進(jìn)位信號(hào)。采用的是74160的清零功能，所以清零信號(hào)產(chǎn)生是小時(shí)高位出現(xiàn)0110。由于74160本片的進(jìn)位信號(hào)是與1001同時(shí)出現(xiàn)的。所以用了D觸發(fā)器來延時(shí)。保持功能是用74160自身的保持功能ENP輸入端。圖12MOD24計(jì)數(shù)器電路圖圖13校時(shí)與保持電路圖校時(shí)功能要把來自開關(guān)的校時(shí)信號(hào)和正常的低位片產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)整合起來。當(dāng)KEY4為高電平時(shí)，2Hz

12、的校分信號(hào)可以通過，分為進(jìn)位信號(hào)MRCO屏蔽；當(dāng)KEY4為高電平時(shí)，2Hz的校分信號(hào)被屏蔽，分為進(jìn)位信號(hào)MRCO通過。圖14 MOD24計(jì)數(shù)器電路圖的仿真圖5.2 MOD60計(jì)數(shù)器構(gòu)成秒位的設(shè)計(jì)及仿真由MOD60模塊設(shè)計(jì)秒位計(jì)數(shù)器原理圖及仿真圖如下。其清零信號(hào)是當(dāng)高位出現(xiàn)0110。進(jìn)位信號(hào)是在59時(shí)產(chǎn)生的，即出現(xiàn)0101 1001。進(jìn)位信號(hào)經(jīng)個(gè)D觸發(fā)器延時(shí)后，在整60送出。保持功能同前分析。圖15 MOD60計(jì)數(shù)器秒位電路圖圖16 MOD60計(jì)數(shù)器秒位電路圖的仿真5.3 MOD60計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)分位計(jì)數(shù)器原理圖及仿真圖清零、保持功能和校分模塊同前分析。圖17 MOD60計(jì)數(shù)器分位電路圖圖18 MO

13、D60計(jì)數(shù)器分位電路圖的仿真6. 24選4和動(dòng)態(tài)顯示模塊的設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)中數(shù)碼管的顯示是采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示的，這樣就設(shè)計(jì)到了數(shù)據(jù)的選擇。對引入模塊的1KHz用74160進(jìn)行6分頻，用來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的片選信號(hào)。74160輸出的A2、A1、A0三個(gè)信號(hào)是8選1選擇器81mux和片選74138的公共輸入信號(hào)。圖19 24選4電路圖圖20 24選4電路圖的仿真7. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊的設(shè)計(jì)分析參見前面的方案論證部分。圖21 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖8. 總模塊的設(shè)計(jì)及仿真圖22 總的模塊電路圖圖23 總的模塊電路圖的仿真從圖中可以看出，總體的電路是可以正常工作，滿足基本的設(shè)計(jì)要求：KEY1高電平時(shí)數(shù)碼保持不變，KEY2高

14、電平時(shí)時(shí)位分位清零，KEY3高電平時(shí)快速校分，KEY4高電平時(shí)快速校時(shí)。在59分53、55、57秒均有512Hz的脈沖輸出，在59分59秒有1KHz的高頻脈沖輸出。9. 鬧鈴模塊的設(shè)計(jì)和仿真設(shè)計(jì)思路：鬧鈴模塊是獨(dú)立于上述數(shù)字鐘的另一個(gè)數(shù)字鐘，即設(shè)計(jì)另一個(gè)不帶秒位的時(shí)鐘。由于實(shí)驗(yàn)板上總共有8個(gè)LED數(shù)碼管，所以顯示采用復(fù)用方式：正常顯示為時(shí)鐘時(shí)間，切換后顯示定時(shí)時(shí)間。這里起切換作用的由開關(guān)KEY5充當(dāng)。當(dāng)KEY7為低電平時(shí)：顯示時(shí)鐘時(shí)間；鬧鐘定時(shí)的時(shí)位、分位輸出保持；4片8位數(shù)值比較器工作。當(dāng)KEY7為高電平時(shí)：顯示鬧鐘設(shè)定的時(shí)間，并且只有在此時(shí)才能設(shè)定鬧鐘，時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)，只是不顯示。鬧鈴模塊的

15、總體圖如下：圖24 鬧鈴電路圖表2模塊中使用的符號(hào)說明符號(hào)意義符號(hào)意義HHAT數(shù)字鐘小時(shí)十位HHD鬧鐘定時(shí)小時(shí)十位HHBT數(shù)字鐘小時(shí)十位HHC鬧鐘定時(shí)小時(shí)十位HHCT數(shù)字鐘小時(shí)十位HHB鬧鐘定時(shí)小時(shí)十位HHDT數(shù)字鐘小時(shí)十位HHA鬧鐘定時(shí)小時(shí)十位HLAT數(shù)字鐘小時(shí)個(gè)位HLD鬧鐘定時(shí)小時(shí)個(gè)位HLBT數(shù)字鐘小時(shí)個(gè)位HLC鬧鐘定時(shí)小時(shí)個(gè)位HLCT數(shù)字鐘小時(shí)個(gè)位HLB鬧鐘定時(shí)小時(shí)個(gè)位HLDT數(shù)字鐘小時(shí)個(gè)位HLA鬧鐘定時(shí)小時(shí)個(gè)位MHAT數(shù)字鐘分鐘十位MHA鬧鐘定時(shí)分位十位MHBT數(shù)字鐘分鐘十位MHB鬧鐘定時(shí)分位十位MHCT數(shù)字鐘分鐘十位MHC鬧鐘定時(shí)分位十位MHDT數(shù)字鐘分鐘十位MHD鬧鐘定時(shí)分位十位M

16、LAT數(shù)字鐘分鐘個(gè)位MLA鬧鐘定時(shí)分位個(gè)位MLBT數(shù)字鐘分鐘個(gè)位MLB鬧鐘定時(shí)分位個(gè)位MLCT數(shù)字鐘分鐘個(gè)位MLC鬧鐘定時(shí)分位個(gè)位MLDT數(shù)字鐘分鐘個(gè)位MLD鬧鐘定時(shí)分位個(gè)位用4片8位比較器7485構(gòu)成的比較電路如下：圖25 鬧鈴電路圖中的32位比較器分析其功能：COMPARE是與KEY7進(jìn)過反相器相接的。當(dāng)KEY7為高電平時(shí)，COMPARE為低電平，這樣第一片7485三個(gè)級(jí)聯(lián)輸入端ALBI,AEBI,AGBI都為低電平，輸出ALBO,AEBO,AGBO也都為低，如此下去，整個(gè)比較器都不工作，最后的輸出E3也為0；當(dāng)KEY7為低電平時(shí)，COMPARE為高電平，這樣第一片7485三個(gè)級(jí)聯(lián)輸入端A

17、EBI為高電平，輸出ALBO,AEBO,AGBO則根據(jù)小時(shí)的高位來比較輸出：設(shè)定的鬧鈴時(shí)間，其小時(shí)的高位比實(shí)際的時(shí)間小時(shí)高位小或大，第一片7485輸出的E0為0，后面幾片E1、E2、E3都為0；若設(shè)定鬧鈴時(shí)間，其小時(shí)的高位比實(shí)際的時(shí)間小時(shí)高位相等，第一片7485輸出的E0為1，后面幾片的分析類似上面。圖26 鬧鈴電路圖中的比較結(jié)果輸出電路當(dāng)比較器輸出“相等”信號(hào)，即E3=1時(shí)，上面的電路開始工作。該電路的主要功能是當(dāng)鬧鈴時(shí)間到時(shí)，輸出頻率有變化的蜂鳴信號(hào)。電路簡單，就不再贅述了。圖27 鬧鈴電路圖中的輸入量上圖是對輸入該模塊的幾個(gè)信號(hào)的說明：該模塊用到2Hz，512Hz，1KHz，KEY5,K

18、EY6,KEY7。圖28 鬧鈴電路圖中的計(jì)時(shí)器由于該模塊這涉及顯示和比較，不用把時(shí)位和分位連接，故沒有進(jìn)位信號(hào)。圖29 鬧鈴電路圖生成的電路單元這是鬧鈴模塊生成的模塊圖，用到很多的輸入和輸出。圖30 鬧鈴電路圖的仿真結(jié)果由圖可見：在KEY7為低電平時(shí)，設(shè)定時(shí)間的信號(hào)KEY5是不起作用的，而比較器工作，蜂鳴器有輸出。在KEY7為高電平時(shí)，KEY5設(shè)定分位，KEY6設(shè)定時(shí)位，比較器不工作，E3輸出0。切換顯示圖31 鬧鈴模塊與正常電路的切換開關(guān)切換顯示電路用簡單的邏輯門搭建。KEY7為1時(shí)，顯示鬧鈴設(shè)定的時(shí)間，KEY7為0時(shí)，顯示數(shù)字鐘的時(shí)間。圖32 切換開關(guān)陣列由類似門電路搭建的龐大的切換模塊。

19、由于鬧鈴中沒有設(shè)置秒位，所以把鬧鈴中的秒位都設(shè)為零。見下圖：圖33 鬧鈴模塊中秒位接零示意圖10. 調(diào)試下載將電路調(diào)試好后，分配管腳，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通上電，下載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上?！?】實(shí)驗(yàn)感想1. 實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決問題的方法1.1模60計(jì)數(shù)器的進(jìn)位與清零模60計(jì)數(shù)器使用兩片74160組成。74160是異步8421BCD碼計(jì)數(shù)器，實(shí)驗(yàn)中用的是異步清零法獲得模60的計(jì)數(shù)器。清零條件是高位為0110。剛開始我簡單的結(jié)成如下的邏輯電路，并且模60計(jì)數(shù)器低位片向高位片的進(jìn)位信號(hào)直接由低為片的RCO充當(dāng)。但仿真結(jié)果卻是圖34的結(jié)果。從圖中可以看出幾個(gè)問題：一是低位片為8時(shí)，即第九個(gè)脈的上升沿到來時(shí)，高位及

20、有進(jìn)位輸入，產(chǎn)生48跳到59在回到50的錯(cuò)誤現(xiàn)象；另一個(gè)是模60計(jì)數(shù)器最大值到58就會(huì)到00狀態(tài)；還有錯(cuò)誤的模60進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生。圖34 進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生示意圖圖35 進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生仿真結(jié)果我分析問題可能在74160的進(jìn)位信號(hào)RCO的問題。所以我把74160的單個(gè)的時(shí)序圖仿真出來：發(fā)現(xiàn)在第九個(gè)脈沖到來時(shí)同時(shí)發(fā)出了進(jìn)位信號(hào)。如此我就想是不是可以用以個(gè)用一個(gè)D觸發(fā)器，使得進(jìn)位信號(hào)經(jīng)過D觸發(fā)器延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期。D觸發(fā)器接法如圖，CLK是與74160公用的時(shí)鐘脈沖。圖36 74160的進(jìn)位信號(hào)RCO仿真 圖37 D觸發(fā)器接入及進(jìn)位信號(hào)RCO仿真從而上述問題便解決了。圖38 D觸發(fā)器接入后進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生仿真結(jié)果1.2機(jī)械開關(guān)的去抖動(dòng)將調(diào)試好的文件下載到SmartSOPC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中可編程邏輯器件上，它能正常工作，有校分、校時(shí)、保持和清零。但是在撥動(dòng)開關(guān)校分、校時(shí)，數(shù)碼管數(shù)字有跳動(dòng)。認(rèn)為是機(jī)械開關(guān)抖動(dòng)引起的干擾。設(shè)計(jì)消顫開關(guān)?！?】圖39 D觸發(fā)器用于去抖動(dòng)電路接入消顫開關(guān)后，撥動(dòng)開關(guān)校分、校時(shí)，數(shù)碼管數(shù)字穩(wěn)定，沒