數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)—數(shù)字鐘

1、數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)數(shù)字鐘班級(jí)：計(jì)114學(xué)號(hào)：119074122姓名：石險(xiǎn)峰指導(dǎo)老師：蘇小虎一、 任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的數(shù)字鐘要求：1、設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示且有校時(shí)功能的數(shù)字鐘。 2、有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。3、計(jì)時(shí)過(guò)程具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行報(bào)時(shí)。4、用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試。5、畫出框圖和邏輯電路圖。功能：1、計(jì)時(shí)功能： 要求準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間。小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“23翻1”。2、校時(shí)功能： 當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤

2、差時(shí)，需要校正時(shí)間（簡(jiǎn)稱校時(shí)）。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能，一般電子手表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。3、整點(diǎn)報(bào)時(shí)： 每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)到59分50秒時(shí)開(kāi)始報(bào)時(shí)，持續(xù)10秒。二、設(shè)計(jì)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(gè)典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，其由時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器以及校時(shí)和顯示電路組成。其主要功能為計(jì)時(shí)、校時(shí)和報(bào)時(shí)。利用60進(jìn)制和24進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器子電路構(gòu)成數(shù)字鐘系統(tǒng)，由2個(gè)60進(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器完成秒、分計(jì)數(shù)，由24進(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器完成小時(shí)計(jì)數(shù)。秒、分、時(shí)之間采用同步級(jí)聯(lián)的方式。按鍵func_sel產(chǎn)生單脈沖，控制數(shù)字鐘在計(jì)時(shí)/校時(shí)/校

3、分/校秒四個(gè)狀態(tài)間切換。報(bào)時(shí)功能為整點(diǎn)來(lái)臨時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響。三、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程1. 各部分電路的設(shè)計(jì)過(guò)程（1）時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒/分鐘顯示電路 ：由于秒鐘與分鐘的都是為60進(jìn)制的，所以它們的電路大體上是一樣的，都是由一個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)6進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成；有所不同的是分鐘顯示電路中的10進(jìn)制計(jì)數(shù)器的ENP和ENT引腳是由秒鐘顯示電路的進(jìn)位信號(hào)控制的。分和秒計(jì)數(shù)器都是模M=60的計(jì)數(shù)器，其

4、計(jì)數(shù)規(guī)律為0001585900 ?？蛇x兩片74LS160設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。 時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“23翻0”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)時(shí)規(guī)律?？蛇x兩片74LS160設(shè)計(jì)。圖 2 60進(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器 圖3 24進(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器（2） 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)校時(shí)模塊采用AHDL語(yǔ)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(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)因報(bào)時(shí)須在59分50秒開(kāi)始，故可在分計(jì)時(shí)電路引出“5”“9”狀態(tài)，秒計(jì)時(shí)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(bào)時(shí)作用。電路部分截圖如下：圖 5 報(bào)時(shí)電路（4）顯示電路及完整原理圖圖表 1顯示電路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=>s4;s4=&

7、gt;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;when 4=&g

8、t;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" =>0,1,1,0,0,1

9、,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" =>0,1,1

10、,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(jìn)位時(shí)，秒計(jì)數(shù)器高位計(jì)滿，分進(jìn)位信號(hào)的波形（2）分向時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，分計(jì)數(shù)器高位計(jì)滿，時(shí)進(jìn)位信號(hào)的波形（3）時(shí)計(jì)數(shù)器（24進(jìn)制）的輸出波形（4）整點(diǎn)時(shí)，報(bào)時(shí)輸出信號(hào)的波形圖中由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻為分鐘59秒鐘為50的時(shí)刻，持續(xù)十秒為高電平，意為報(bào)警顯示。4.實(shí)物電路組裝調(diào)試的方法、調(diào)試過(guò)程及遇到的問(wèn)題：根據(jù)電路圖進(jìn)行實(shí)物的連接。首先分別進(jìn)行秒、分、時(shí)電路的連

11、接，進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)成功后再進(jìn)行校時(shí)電路的連接，檢驗(yàn)分校時(shí)的開(kāi)關(guān)是否正確，然后檢驗(yàn)時(shí)校時(shí)的開(kāi)關(guān)。最后連接報(bào)時(shí)電路。連接完成將分調(diào)到59分，觀察當(dāng)秒為50時(shí)是否發(fā)聲報(bào)警。調(diào)試分、秒時(shí)，如果到59后立刻清零則表示運(yùn)行正常。調(diào)試小時(shí)部分時(shí)，如果在計(jì)數(shù)到23，下一時(shí)刻就清零則表示運(yùn)行正常。校時(shí)電路的調(diào)試為按下邏輯開(kāi)關(guān)后，所對(duì)應(yīng)的校時(shí)部分和秒同步，再按下后則停止。報(bào)時(shí)電路的調(diào)試為：先將分調(diào)到59分，在秒到50時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲響，持續(xù)十秒。電路連接好后，打開(kāi)電源有時(shí)會(huì)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(yàn)箱接觸不良的問(wèn)題。5.設(shè)計(jì)結(jié)論此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)需要先進(jìn)行仿真，再將電路連接出來(lái)，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(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了。四、經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)總結(jié)在此次