數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)生信息學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí) 13嵌入A姓名余博文學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)信息課程名稱數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)時(shí)間2015年6月20日小組情況余博文指導(dǎo)教師鄧春健批改情況成績(jī)?cè)u(píng)閱教師批改時(shí)間年 月 日20142015學(xué)年第 2 學(xué)期數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及評(píng)價(jià)1.設(shè)計(jì)目的數(shù)字系統(tǒng)一般指時(shí)序系統(tǒng)，它是在時(shí)序電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。之所以稱為系統(tǒng)而不叫電路，主要是 它所完成的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般的數(shù)字電路，結(jié)構(gòu)也比通常電路復(fù)雜得多。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐的目的是在完成數(shù)字電路課程的學(xué)習(xí)之后，通過(guò)綜合應(yīng)用所學(xué)的電路知識(shí)，完成較為復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的

2、設(shè)計(jì)，從而獲得較強(qiáng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)能力、調(diào)試能力和開(kāi)發(fā)能力。2.設(shè)計(jì)內(nèi)容數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)題材不限，但應(yīng)該具備一定的復(fù)雜度，如：數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)、基于矩陣LED的花樣變換控制系統(tǒng)、基于七段碼的打擊游戲、時(shí)鐘、數(shù)字通信控制系統(tǒng)等等。3.設(shè)計(jì)要求 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在EDA軟件Quartus II完成，并且要求必須在基于FPGA數(shù)字電路設(shè)計(jì)平臺(tái)上運(yùn)行通過(guò)。完成設(shè)計(jì)后，要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告一份，要求人手一份，不得雷同。 4. 總體評(píng)價(jià)作品情況需要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)答辯，按作品的完成、難度、創(chuàng)新情況來(lái)評(píng)分，；設(shè)計(jì)報(bào)告情況按報(bào)告的書(shū)寫(xiě)水平來(lái)評(píng)分。作品情況（60）設(shè)計(jì)報(bào)告情況（40）總計(jì)目 錄1.數(shù)字系統(tǒng)概述11.1 數(shù)字系統(tǒng)概念

3、11.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境12.數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)12.1 數(shù)字時(shí)鐘的原理12.2 數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)思路13.數(shù)字時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)13.1 數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)框架13.2數(shù)字時(shí)鐘功能模塊原理24.系統(tǒng)功能測(cè)試及分析25.問(wèn)題及心得體會(huì)26.參考文獻(xiàn)3 數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1. 數(shù)字系統(tǒng)概述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是通過(guò)在電腦上用電路軟件（如QUARTUS II）在事先設(shè)計(jì)好電路圖之后，用相應(yīng)的模塊或其他芯片，根據(jù)實(shí)驗(yàn)箱的電路圖，找到需要用到的管腳，繪制好電路圖后，通過(guò)USB線將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送到試驗(yàn)箱上，觀察試驗(yàn)現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則從新修改電路圖，并下載觀察，直至達(dá)到所需效果。1.1 數(shù)字系統(tǒng)概念需要常用的模塊有輸入

4、輸出管腳、VCC、GND、邏輯門(mén)（與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)）、數(shù)字選擇器（如74138）、計(jì)時(shí)器（如8count、74160、74163）、觸發(fā)器（D、JK、T）、數(shù)碼管顯示芯片7448等芯片。上述模塊可以基本實(shí)現(xiàn)顯示、蜂鳴器的效果。如果需要達(dá)到復(fù)雜的效果，則需要涉及更多的模塊。1.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境采用基于FPGA的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)工具（Quartus II），該工具將常用的芯片已封裝好，如果需要用到則直接放入電路圖，用導(dǎo)線連接好后，通過(guò)USB傳輸數(shù)據(jù)至試驗(yàn)箱。2. 數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)2.1 數(shù)字時(shí)鐘的原理 數(shù)字時(shí)鐘的走動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)提供的統(tǒng)一時(shí)鐘脈沖來(lái)觸發(fā)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。由于輸入的基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)是周

5、期性的，因此通過(guò)計(jì)數(shù)器對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。2.2 數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)思路 時(shí)鐘的電路有計(jì)時(shí)、計(jì)分、計(jì)秒的三個(gè)模塊，用于計(jì)時(shí)。還需要顯示三個(gè)時(shí)間單位在數(shù)碼管上，因而需要選擇。此外，系統(tǒng)提供計(jì)時(shí)模塊。3. 數(shù)字時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)3.1 數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)框架 圖1.1 數(shù)字時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)框圖3.2 數(shù)字時(shí)鐘功能模塊原理（1） 系統(tǒng)計(jì)時(shí)模塊通過(guò)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻以達(dá)到得到1s鐘的脈沖。（2） 計(jì)時(shí)、計(jì)分、計(jì)秒模塊使用74192/74160計(jì)時(shí)將節(jié)省元器件的使用。因?yàn)?4192/74160的模數(shù)為10，可不必判斷分鐘、秒鐘的各位是否應(yīng)該清零。由于74160是異步清零，因此時(shí)鐘、分鐘、秒鐘需要在24時(shí)清

6、零。（3） 數(shù)碼管顯示模塊自定義一個(gè)比較器，根據(jù)快速的時(shí)鐘來(lái)判斷74138選擇應(yīng)該顯示時(shí)分秒的某一位及其十位個(gè)位。通過(guò)7448將所含信息表示為數(shù)碼管上的數(shù)字。4. 系統(tǒng)功能測(cè)試及分析試驗(yàn)箱的數(shù)碼管可以顯示6位數(shù)字，其中最后一位從09循環(huán)，時(shí)間間隔約1s。當(dāng)最后一位從九到零時(shí)，其前面一個(gè)數(shù)碼管所顯示的數(shù)字加一。實(shí)現(xiàn)了進(jìn)位功能。最后兩位從59到00時(shí)，中間的兩個(gè)數(shù)字加一。當(dāng)總體為235959時(shí)，下一秒顯示000000。5. 問(wèn)題及心得體會(huì)在實(shí)踐過(guò)程中，遇到了有很多問(wèn)題，例如，如何讓六個(gè)數(shù)碼管顯示一排數(shù)字，以及如何靈活的應(yīng)用自定義的比較器。起初，本打算用7493來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒的計(jì)數(shù)。但在學(xué)習(xí)課堂上，通過(guò)對(duì)一系列計(jì)數(shù)器的了解，74192/74160的模數(shù)為10，而7493的模數(shù)為16，如果用7493的話，則會(huì)需要更多的元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)置數(shù)、清零等操作，從而增加了元器件的成本。此外，從課堂上的單一試驗(yàn)到豐富的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要對(duì)常用電路及元器件之間的連接方法進(jìn)行不斷積累，這樣才能夠設(shè)計(jì)出高效率、低成本的電路。6. 參考文獻(xiàn)1劉和平，王維俊，江渝等. TMS320LF240x DSP C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用.北京航空航