西安交通大學(xué)數(shù)電實驗報告

西安交通大學(xué)電子技術(shù)實驗報告—多功能數(shù)字鐘設(shè)計班級：姓名：學(xué)號：目錄一.實驗?zāi)康?3二.項目設(shè)計概要 31.設(shè)計實現(xiàn)的目標(biāo) 32.整體設(shè)計概述 33.項目設(shè)計特點……………….3三.系統(tǒng)設(shè)計方案 31.系統(tǒng)功能模塊設(shè)計示意圖 42.總控制電路電子鐘計時電路設(shè)計 43.系統(tǒng)整體邏輯電路圖 54.電子鐘計時電路設(shè)計 7四.測試結(jié)果及分析 101.模擬仿真的測試方案 112.“秒”電路的仿真結(jié)果 113.“分”電路的仿真結(jié)果 114.“時”電路的仿真結(jié)果 125.仿真結(jié)果分析 12六.項目總結(jié) 12七.結(jié)束語 13八.參考資料…………….13一、實驗?zāi)康碾娮蛹夹g(shù)專題實驗是對“數(shù)字邏輯”課程內(nèi)容的全面、系統(tǒng)的總結(jié)、鞏固和提高的一項課程實踐活動。根據(jù)數(shù)字邏輯的特點，選擇相應(yīng)的題目，在老師的指導(dǎo)下，由學(xué)生獨立完成。目的是通過實驗使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本方法和技巧，正確運用QuartusⅡ軟件及實驗室多功能學(xué)習(xí)機硬件平臺，完成所選題目的設(shè)計任務(wù)，并掌握數(shù)字邏輯電路測試的基本方法，訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和思維方法。通過實驗，一方面提高運用數(shù)字邏輯電路解決實際問題的能力，另一方面使學(xué)生更深入的理解所學(xué)知識，為以后的計算機硬件課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。讓學(xué)生在對于數(shù)字電路知識的掌握與運用中將理論與實際結(jié)合，更好的進行數(shù)字電路知識的理解和學(xué)習(xí)。根據(jù)題目要求的功能，獨立完成電路設(shè)計及實驗調(diào)試，培養(yǎng)自己獨立思考、獨立解決問題的能力按照數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法，根據(jù)題目功能要求，先設(shè)計出總體電路框圖，對每個功能模塊電路獨立設(shè)計調(diào)試，然后再把各個功能模塊電路綜合、連接在一起調(diào)試；每個功能模塊電路可以采用電路原理圖設(shè)計實現(xiàn)，也可以采用HDL實現(xiàn)。記錄并保存好自己的電路設(shè)計文件數(shù)據(jù)和實驗波形數(shù)據(jù)，任務(wù)完成后老師要檢查驗收電路功能實現(xiàn)情況，并結(jié)合實際電路提問答辯；二、項目設(shè)計概要1.設(shè)計實現(xiàn)的流程設(shè)計一個綜合性的計時系統(tǒng)，要求能實現(xiàn)時、分、秒及計數(shù)等綜合計時功能，同時將計時結(jié)果通過8個七段數(shù)碼管顯示，并且可通過兩個設(shè)置鍵，對計時系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)進行調(diào)整。。2.整體設(shè)計概述整個電子時鐘分為三個主功能模塊：總控制電路、電子鐘計時電路和拓展電路?？偪啬K負責(zé)控制整個系統(tǒng)的運行：系統(tǒng)的啟動/關(guān)閉、產(chǎn)生電子鐘時/分/秒的設(shè)置的控制信號和清零功能。電子鐘和秒表模塊中分別包括兩者的時間計時和顯示功能電路。；電子鐘計時電路包括時/分/秒計時和顯示功能，其中時為24進制，分和秒都為60進制；拓展電路包括整點報時功能，在59秒時能夠驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，在實際電路中用LED燈來代替蜂鳴器實現(xiàn)整點報時。通過觀察LED燈的閃爍情況，來測試具體的整點報時情況。3.項目設(shè)計特點電子系統(tǒng)的設(shè)計都采用模塊化的處理方法，首相將項目不斷細分為不同的模塊，事先制定了模塊間的接口方案，使各個模塊之間協(xié)同合作，設(shè)計師將顯示功能內(nèi)嵌于子模塊中，總控模塊可分別與之連接組成一個分系統(tǒng)，便于調(diào)試。在最終整合時，我們也只需要將兩個模塊中的顯示電路合二為一即可。三、系統(tǒng)設(shè)計方案1.系統(tǒng)功能模塊設(shè)計示意圖：總控電路（內(nèi)含分頻器）總控電路（內(nèi)含分頻器）電子鐘計時及顯示電路秒表計時及顯示電路時鐘輸入(1000Hz)控制開關(guān)輸入(實驗板)實驗板LED7段數(shù)碼管蜂鳴器輸入包括：輸入功能CLK（時鐘信號）時鐘信號SETSEC秒的設(shè)置按鍵SETMIN分的設(shè)置按鍵SETHOUR時的設(shè)置按鍵STOP使時鐘暫停輸出包括：輸出功能RING整點報時（通過LED燈）A0顯示秒的低位A1A2A3B0顯示秒的高位B1B2B3C0顯示分的低位C1C2C3D0顯示分的高位D1D2D3E0顯示時的低位E1E2E3F0顯示時的高位F1F2F33.系統(tǒng)整體邏輯電路圖：部分截圖4.電子鐘計時電路設(shè)計總的設(shè)計思想是利用MSI的級聯(lián)配合簡單的邏輯門來實現(xiàn)兩個模60計數(shù)器加一個模24計數(shù)器以及總控電路，設(shè)計電路及整點報時的電路，通過MSI來進行設(shè)計可以保證電路的穩(wěn)定性，MSI電路中優(yōu)化效果更好，電路的邏輯功能清晰，結(jié)構(gòu)簡單，更方便。（1）“秒”“秒”電路用兩個74LS160的十進制計數(shù)器級聯(lián)而成的六十進制的計數(shù)器，由0~一直計時到59，當(dāng)電路達到第六十個狀態(tài)時（即59時），通過與非門電路反饋到電路的異步清零端，從而實現(xiàn)六十進制計數(shù)。（2）“分”“分”電路于“秒”電路設(shè)計思路相同，同樣是六十進制的計數(shù)器，用兩個74LS160的十進制計數(shù)器級聯(lián)而成的六十進制的計數(shù)器，當(dāng)電路達到第六十個狀態(tài)時，通過與非門電路反饋到電路的異步清零端，從而實現(xiàn)六十進制計數(shù)。（3）“時”“時”電路則是二十四進制的計數(shù)器，用兩個十進制計數(shù)器74LS160級聯(lián)而成。當(dāng)狀態(tài)又一狀態(tài)到24狀態(tài)時，則回到異步清零端。（4）“分鐘設(shè)置”（5）“小時設(shè)置”（6）“響鈴”響鈴我們在輸出端加入了一個前沿觸發(fā)器，保證了不同頻率下LED閃爍的時間是相同的，不會導(dǎo)致因頻率過快而影響報時的情況，便于電路的調(diào)試和檢測。四、測試結(jié)果及分析1.模擬仿真的測試方案：輸入信號中的SETHOUR、SETMIN和SETSEC，清零控制端STOP設(shè)置為高電平，輸入的CLK為時鐘脈沖信號，對輸出進行模擬。2.“秒”電路的仿真結(jié)果3.“分”電路的仿真結(jié)果4.3.3.“時”電路的仿真結(jié)果5.仿真結(jié)果分析從仿真結(jié)果可以看出，模60計數(shù)器以及模24計數(shù)器都正常運行，總控制電路以及整點報時電路都不存在問題，設(shè)置電路也處于正常狀態(tài)，對于各個模塊之前的仿真結(jié)果，由于篇幅顯示，就不一一截圖出來，在通過了各個模塊的單獨仿真后，將整理電路的仿真結(jié)果截圖放實驗報告中。六、項目總結(jié)本次試驗老師共提供了7個項目供我們選擇，在經(jīng)過思考后選擇了最為熟悉的數(shù)字時鐘設(shè)計，想通過對于數(shù)字鐘的設(shè)計來加深對于計數(shù)器這一電子設(shè)計系統(tǒng)中最常用的MSI器件的掌握與了解，通過對于整體電子時鐘的設(shè)計，加深了對于電子系統(tǒng)設(shè)計的掌握，尤其在模塊化這一方面加深了理解，因為在課堂的教授中，對于模塊化設(shè)計老師并沒有系統(tǒng)的進行過講解，所以通過對于電子鐘項目的設(shè)計與了解，對于模塊化這一系統(tǒng)的理解相信會對我今后的工作有很大的幫助。七、結(jié)束語本次項目以及整體的電子系統(tǒng)設(shè)計實驗讓我們提高了自己的動手能力，通過所學(xué)知識自主的去設(shè)計一個電子系統(tǒng)實驗，通過實驗?zāi)軌蚋玫厝ダ斫鈺镜闹R，而書本的知識又能很好地知道實驗項目的設(shè)計。尤其通過實驗?zāi)軌蚣訌娮约涸跁旧?/p>