EDA設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘

EDA設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘EDA設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘/EDA設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘摘要設(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。具體實(shí)現(xiàn)方法為：首先利用一個(gè)模48和兩個(gè)模1000的計(jì)數(shù)器將原始的48MHZ轉(zhuǎn)換成數(shù)字計(jì)時(shí)器所需的1HZ。然后利用1HZ作為時(shí)鐘，用兩個(gè)模60和一個(gè)模24計(jì)數(shù)器形成基本數(shù)字鐘?？焖傩r(shí)和校分只需利用適當(dāng)?shù)呐c門和或門添加到相應(yīng)計(jì)時(shí)模塊的時(shí)鐘即可。至于整點(diǎn)報(bào)時(shí)，利用相應(yīng)的判別條件，再連入相應(yīng)的的頻率，最后送到蜂鳴器端口即可完成功能。對(duì)于附加功能鬧鐘和星期。鬧鐘的具體功能為可設(shè)置時(shí)間，可先清零后再重新設(shè)置，到點(diǎn)后以1KHZ鳴叫10秒，期間可關(guān)掉鬧鐘。具體實(shí)現(xiàn)方法為：將開(kāi)關(guān)K5QUOTE作為鬧鐘的小時(shí)設(shè)定，開(kāi)關(guān)K6作為鬧鐘的分鐘設(shè)定，均作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。當(dāng)這兩個(gè)開(kāi)關(guān)上下一次，小時(shí)和分鐘均增加1。然后再將鬧鐘的時(shí)間與數(shù)字鐘的時(shí)間相比較，當(dāng)兩者完全相同時(shí)，蜂鳴器響起。對(duì)于星期的設(shè)置比較簡(jiǎn)單，只需在數(shù)字鐘小時(shí)模塊后添加一個(gè)模8計(jì)數(shù)器，并在顯示模塊添加星期的相應(yīng)輸出即可。對(duì)于實(shí)驗(yàn)調(diào)試所需注意的是：要對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行消顫，利用D觸發(fā)器，且添加的頻率不能太大。關(guān)鍵字：分頻、計(jì)數(shù)器、D觸發(fā)器AbstractDesignadigitaltimer,whichhasthetimingfunctioncountingfrom00:00:00to23:59:59,andcanalsomaintaintime、cleartime、rapidlyadjusttheminutes、rapidlyadjustthehoursandtimekeeping.Therealizingspecificmethodsareasfollows.First,useamold48andtwomode1000counterstoturntheoriginal48MHzintoadigitaltimerrequired1HZ.Second,takethe1HZastheclocktothebasicdigitalclockformationoftwomold60andamodulo24counters.UsetheappropriateANDandORgatesaddedtotheappropriatetimingmodulecanrealizerapidlyadjustingtheminutes.Asfortimekeeping,usingthecorrespondingdiscriminantconditions,connectingthemwiththecorrespondingfrequency,andsendingtothebuzzerportcancompletethefunction.Additionalfeaturesincludealarmclockandcountingdaysoftheweek.Thealarmclockcansetthetime,canbefirstclearedandthenreseted,cansoundfor10seconds,andintheperiodcanturnoffthealarm.Thespecificmethodis:takeK5astheswitchsettinghourandtakeK6astheswitchsettingminute,bothascounters’clock.Oncethesetwoswitchesupanddown,hourandminutearebothincrease1.Thencomparethealarmtimewiththetimeofthedigitalclock.Whentheyarethesame,thebuzzerstartsounding.Settingtheweekisrelativelysimple,justaddingamodulo8counterbehinddigitalclockhourmoduleandaddingthecorrespondingoutputtothedisplaymodule.

Forthedebugexperiments,usetheDflip-floptoeliminatechatterandthefrequencyaddedcannotbetoomuch.Keywords：frequencyconverteion、counter、Dflip-flop目錄一.設(shè)計(jì)要求 3二.方案論證 4三.各子模塊設(shè)計(jì)原理 63.1脈沖發(fā)生電路 63.2計(jì)時(shí)電路 83.3譯碼顯示電路 113.4整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 123.5保持電路 133.6清零電路 143.7校分、校時(shí)電路 143.8鬧鐘電路 153.9星期電路 20四.下載調(diào)試 20五.結(jié)論 21六.實(shí)驗(yàn)感想 21參考文獻(xiàn) 24附錄 24多功能數(shù)字鐘一、設(shè)計(jì)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?；疽螅?、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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)（K4=0正常工作，K4=1時(shí)可以快速校時(shí)）；設(shè)計(jì)提高部分要求：1、使時(shí)鐘具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（當(dāng)時(shí)鐘計(jì)到59’53”時(shí)開(kāi)始報(bào)時(shí)，在59’53”,59’55”,59’57”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為512Hz,59’59”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為1KHz,）；2、鬧表設(shè)定功能；3、自己添加其他功能。開(kāi)關(guān)的功能匯總?cè)缦拢罕?開(kāi)關(guān)標(biāo)號(hào)功能K1（K11）系統(tǒng)保持開(kāi)關(guān)K2（K22）系統(tǒng)清零開(kāi)關(guān)K3（K33）系統(tǒng)校分開(kāi)關(guān)K4（K44）系統(tǒng)校時(shí)開(kāi)關(guān)K5（K5）鬧鐘模塊定時(shí)小時(shí)位K6（K6）鬧鐘模塊定時(shí)分鐘位K7（K7）鬧鐘使用開(kāi)關(guān)K8（K8）鬧鐘時(shí)間設(shè)置清零開(kāi)關(guān)注：（）內(nèi)為電路中的開(kāi)關(guān)表示符號(hào)二、方案論證1.脈沖發(fā)生電路，產(chǎn)生所需要的所有頻率。由于實(shí)驗(yàn)板上提供的是48MHz的脈沖信號(hào)，因此要得到計(jì)時(shí)脈沖1Hz，要經(jīng)過(guò)多次分頻。分頻順序?yàn)椋?8MHz→1MHz→1kHz→1Hz，主要使用74160和74161。2.計(jì)時(shí)電路由計(jì)數(shù)器組成，秒位分位為模60的計(jì)數(shù)器，時(shí)位是模24的計(jì)數(shù)器，星期是模8計(jì)數(shù)器，秒個(gè)位由脈沖發(fā)生電路提供的1HZ作為時(shí)鐘。3. 顯示譯碼電路。計(jì)時(shí)電路與動(dòng)態(tài)譯碼顯示電路相連，將時(shí)間顯示在七個(gè)七段數(shù)碼管上。動(dòng)態(tài)譯碼顯示電路是由數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、顯示譯碼器和數(shù)碼管組成的。每一時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管顯示，但由于頻率比較大，就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)顯示。4.保持電路。利用開(kāi)關(guān)改變計(jì)時(shí)電路的時(shí)鐘1HZ的輸出。5.清零電路。將開(kāi)關(guān)加入到各個(gè)計(jì)數(shù)模塊的清零端即可。6.校分、校時(shí)電路設(shè)計(jì)。用開(kāi)關(guān)控制改變分鐘和時(shí)鐘的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，當(dāng)時(shí)鐘變?yōu)?HZ時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)快速校分和校時(shí)。7. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。在59’53”、59’55”、59’57”時(shí)使用512HZ的頻率報(bào)時(shí)，59’59”時(shí)用1KHZ的頻率報(bào)時(shí)，只需將分秒的計(jì)數(shù)電路端分別引出報(bào)時(shí)點(diǎn)和相應(yīng)的頻率相與接到蜂鳴器上即可。8. 鬧鐘功能。將開(kāi)關(guān)K5作為鬧鐘的小時(shí)設(shè)定，開(kāi)關(guān)K6作為鬧鐘的分鐘設(shè)定，分別作為兩個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。當(dāng)這一個(gè)開(kāi)關(guān)上下一次，對(duì)應(yīng)設(shè)定的小時(shí)或分鐘增加1。然后再將鬧鐘設(shè)定的時(shí)間與數(shù)字鐘的時(shí)間相比較，當(dāng)兩者完全相同時(shí)，蜂鳴器響起。K7作為鬧鐘的開(kāi)關(guān)，只有當(dāng)時(shí)，鬧鐘才起作用。K8接在鬧鐘計(jì)數(shù)器清零端，即起到設(shè)定時(shí)間清零的作用。9.星期功能。在計(jì)時(shí)器的電路中加上星期計(jì)數(shù)模塊，并在顯示模塊中添加星期的數(shù)據(jù)。三、各子模塊設(shè)計(jì)原理1.脈沖發(fā)生電路(1)48MHZ→1MHZ如圖，因?yàn)?4161為異步清零，所以表示48清零?？紤]到要使空占比相對(duì)大一些，不能僅取作為輸出信號(hào)，而取了和，使得空占比近似為。由此，兩個(gè)74161形成48分頻，產(chǎn)生1MHZ信號(hào)。仿真波形如下，可見(jiàn)是48分頻。(2)1MHZ→1HZ因?yàn)?4160是模10計(jì)數(shù)器，因此三個(gè)74160形成千分頻。經(jīng)過(guò)兩個(gè)千分頻即可產(chǎn)生1HZ信號(hào)。(K11作為保持開(kāi)關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真波形如下(兩個(gè)千分頻原理一樣，因此僅仿真一個(gè))：取一個(gè)周期，顯示：因?yàn)闀r(shí)鐘周期為10ns，因此可以看出為千分頻。2.計(jì)時(shí)電路計(jì)時(shí)電路分為秒、分和小時(shí)(1)秒計(jì)時(shí)以上為模60計(jì)數(shù)器，第一個(gè)74160的時(shí)鐘信號(hào)是由脈沖信號(hào)電路產(chǎn)生的1HZ。秒的十位由和作為判別條件異步清零，即遇6清零。由一個(gè)模10和一個(gè)模6形成模60。(K22作為清零開(kāi)關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真如下圖：時(shí)鐘周期10ns，可見(jiàn)為模60。(2)分計(jì)時(shí)以上為模60計(jì)數(shù)器，原理同秒計(jì)數(shù)器。但這里的第一個(gè)74160的時(shí)鐘不是1HZ,而是由、、和組合作為時(shí)鐘信號(hào)，使得分鐘個(gè)位每60秒計(jì)一次數(shù)。(K22作為清零開(kāi)關(guān)和K33作為校分開(kāi)關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真如下圖：時(shí)鐘周期10ns，可見(jiàn)為模60。(3)小時(shí)計(jì)時(shí)以上為模24計(jì)數(shù)器，即和作為小時(shí)計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)。而、、和作為小時(shí)計(jì)數(shù)模塊的時(shí)鐘信號(hào)，即每60分記一次數(shù)。(K22作為清零開(kāi)關(guān)和K44作為校時(shí)開(kāi)關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真如下圖：可見(jiàn)每到23清零。3.譯碼顯示電路74151為數(shù)據(jù)選擇器，輸出的數(shù)據(jù)由P[0]~P[2]由決定，而P[0]~P[2]是74161計(jì)數(shù)器的低三位輸出，因此每八個(gè)循環(huán)一次，所以數(shù)據(jù)D[0]~D[5]循環(huán)輸即秒、分和時(shí)循環(huán)輸出，最后通過(guò)7447轉(zhuǎn)換成數(shù)碼顯示管顯示。注：為1KHZ。(XQ[0]~XQ[3]作為星期暫不考慮)4.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路以上為整點(diǎn)報(bào)時(shí)與頻率的組合，其中59分作為必要條件均加入兩種頻率電路中.再來(lái)看秒，秒十位必須為5，因此SQ[4]*SQ[6]加入兩種頻率電路。最后再看秒個(gè)位,9直接用SQ[0]*SQ[3]表示，而3,5和7用SQ[0]*(SQ[1]+SQ[2])*表示。仿真如下圖：其中1HZ,51HZ和1KHZ均只給了一個(gè)任意的周期。由圖可以看出，時(shí)鐘計(jì)到59’53”時(shí)開(kāi)始報(bào)時(shí)，在59’53”,59’55”,59’57”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為512Hz,59’59”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為1KHz。5.保持(開(kāi)關(guān)：K11)由電路圖可得，當(dāng)時(shí)，正常得到1HZ，而當(dāng)時(shí)，輸出不再為1HZ,而是恒為高電平。又1HZ是作為數(shù)字鐘的時(shí)鐘信號(hào)，所以當(dāng)恒為高電平時(shí)不再計(jì)數(shù)，即時(shí)間保持不變。6.清零以上為秒清零電路圖，當(dāng)時(shí)，秒個(gè)位和秒十位的清零端均可得到0信號(hào)，即可清零。分和時(shí)清零同理。7.校分、校時(shí)(校分開(kāi)關(guān)：K33；校時(shí)開(kāi)關(guān)：K44)(1)校分由上圖可得：時(shí)，對(duì)分正常工作無(wú)影響。而當(dāng)時(shí)，分不在是以每60秒計(jì)一次數(shù)，而是以1HZ作為分鐘的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。(2)校時(shí)同理，時(shí)，對(duì)小時(shí)正常工作無(wú)影響。而當(dāng)時(shí)，以1HZ作為小時(shí)的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。8.鬧鐘鬧鐘功能的具體實(shí)現(xiàn)方法為：將開(kāi)關(guān)K5作為鬧鐘的小時(shí)設(shè)定，開(kāi)關(guān)K6作為鬧鐘的分鐘設(shè)定，分別作為兩個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。當(dāng)這一個(gè)開(kāi)關(guān)上下一次，對(duì)應(yīng)設(shè)定的小時(shí)或分鐘增加1。然后再將鬧鐘設(shè)定的時(shí)間與數(shù)字鐘的時(shí)間相比較，當(dāng)兩者完全相同時(shí)，蜂鳴器響起。K7作為鬧鐘的開(kāi)關(guān)，只有當(dāng)時(shí)，鬧鐘才起作用。K8接在鬧鐘計(jì)數(shù)器清零端，即起到設(shè)定時(shí)間清零的作用。仿真：如上圖，設(shè)定1小時(shí)3分時(shí)鬧鐘響。鬧鐘響應(yīng)的情況如下：注：以上示圖蜂鳴器除在鬧鐘時(shí)刻響，還在整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在蜂鳴器響處放大為可見(jiàn)在1小時(shí)3分時(shí)鳴叫。9.星期星期部分類似之前的秒、分和時(shí)的計(jì)數(shù)，利用一個(gè)74160作為模8計(jì)數(shù)器，其工作時(shí)鐘取小時(shí)部分的MQ[0]*MQ[3]*MQ[4]*MQ[6]，即每24小時(shí)計(jì)一次數(shù)。星期部分也可清零、保持，但不能校日。仿真如下圖：可見(jiàn)每到星期日清零。四、下載調(diào)試將設(shè)計(jì)好的電路下載，發(fā)現(xiàn)分計(jì)數(shù)不穩(wěn)定每當(dāng)達(dá)到39就清零，但檢查邏輯電路沒(méi)有錯(cuò)誤。咨詢后找到的原因是分頻不穩(wěn)定。然后試驗(yàn)了開(kāi)關(guān)的功能，功能都對(duì)，但是在撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，顯示數(shù)字突變，于是加入了消顫，如下圖：加入消顫后，開(kāi)關(guān)再撥動(dòng)，示數(shù)均正常，而且之前的分鐘計(jì)數(shù)不穩(wěn)定也解決了。但當(dāng)加入附加功能后，計(jì)數(shù)又