EDA设计实验报告多功能数字钟设计 .docx

精品名师归纳总结EDA 设计试验报告多功能数字时钟设计院系 : 电光学院专业：通信工程摘要该试验利用quartusII 软件设计一个多功能数字钟，进行试验设计和仿真调试，实现了计时，校时，校分，清零，保持和整点报时等多种基本功能，并下载到smartSOPC 试验系统中进行调试和验证 .此外仍添加了秒表功能，使得设计的数字钟功能更加完善.Abstract：This experiment is to design a digital clock which is based on Quartus software and in which many basic functions liketime-counting, hour-correcting, minute-correcting, reset , timing- holding and bellingon the hour. And then validated the design on the experimental board . In addition, additional functions like reseting the stopwatch make this digital clock a perfect one.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录1. 设计要求 42. 工作原理 43. 各模块说明 51 分频模块 72 计时模块 133 显示模块 164 校分与校时模块 175 清零模块 186 保持模块 187 报时模块 184. 扩展模块 191 秒表模块 195. 调试、编程下载 206. 试验中显现问题及解决方法 217. 试验收成与感受 228. 参考文献 23可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一、试验目的通过设计一个 00 时 00 分 00 秒 23 时 59 分 59 秒的多功能计数器, 巩固和复习数字电路学问，初步把握EDA 设计的基本思路和方法，并能够较为娴熟的使用软件QuartusII7.2 的相应功能，为课程设计等相关试验课程打下理论与实践两方面的基础.二、设计要求1. 设计一个数字计时器，可以完成00:00:00 到 23:59:59 的计时功能，并在把握电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时等基本功能.2. 具体要求如下：1) 能进行正常的时、分、秒计时功能，最大计时显示23 小时 59 分 59 秒.2) 分别由六个数码管显示时分秒的计时.3) K1 是系统的使能开关， K1=0 正常工作， K1=1 时钟保持不变 .4) K2 是系统的清零开关， K2=0 正常工作， K2=1 时钟的分、秒全清零 .5) 在数字钟正常工作时可以对数字钟进行快速校时和校分.K3 是系统的校分开关， K3=0 正常工作 K3=1 时可以快速校分。 K4 是系统的校时开关， K4=0 正常工作， K4=1 时可以快速校时 .3. 设计提高部分要求1) 时 钟 具 有 整 点 报 时 功 能 ， 当 时 钟 计 到 59 53时” 开 始 报 时 ， 在 59 53” , 59 55” ,59 时报57时”频率为500Hz,59 5时9”报时频率为1KHz.2）秒表功能，通过开关转换，数码管显示进入秒表计时状态.4. 仿真与验证用 Quartus 软件对设计电路进行功能仿真，并下载到试验板上对其功能进行验证.三、电路设计原理数字计时器是由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路和把握电路等几部分组成的，把握电路按要求可由校分校时电路、清零电路和保持电路组成.其中，脉冲发生电路将可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结试验箱供应的48Mhz 的频率分成电路所需要的频率。计时电路与动态显示电路相连，并且驱动蜂鸣器整点报时。校时校分电路对时、分供应快速校时。清零电路作用时，系统的分秒时同时归零。保持电路作用时，系统停止计时并保持时间不变.基本时钟电路的系统框图下图所示：星期电路彩铃电路闹钟电路译码显示电路脉冲发生电路计时电路报时电路校正电路保持电路清零电路图 1：基本时钟电路的系统框图下面表达各单元电路的功能：1、时钟信号发生器：为计时电路供应计数时钟脉冲，需要产生出一个秒脉冲，即振荡频率为 1Hz 的脉冲信号。为报时电路供应512Hz 、1KHz 的信号。为校分 时电路供应 1Hz 的信号。为闹钟电路供应1KHz 的信号 .由于试验板上只能供应频率为48MH 的系统时钟信号，所以第一要将系统时钟进行分频才能得到相应频率的时钟信号.分频器接受多片四位同 步二进制计数器 74161 相连组成模 48 和模 1000 的计数器，通过高位输出即实现分频功能.2、计时电路：完成00 时 00 分 00 秒 23 时 59 分 59 秒的计时功能 .利用多片十进制计数器 74160 组成模 24 和模 60 的计数器，两个模60 计数器的输出分别作为秒的个位、十位和分的个位和十位。一个模24 计数器的输出作为时的个位和十位. 总共输出6 个8421BCD 码.3、译码显示电路：我们在这里接受七段数码管的动态显示驱动电路.通过显示译码器7447 和译码器 74138 的作用使计数器的输出端信号在六个LED 数码管分别显示时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位及秒个位.显示译码器7447 选择七段数码管的7 个段码， 译码器 74138 选择数码管位置码，通过1KHz 的高频率输入实现动态显示.总共是六个数码管，我们可以构造模六计数器，通过24 选 4 数据选择器，在一个时间内选择输出秒个、秒时、分个、分时、时个、时十中的一个，如此循环，由于供应的是高频信号源，所以看起来是六个同时显示的 .4、校分电路：设置一个开关，当开关打到“正常 ”档时，计数器正常计数。当开关打到可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结“校分 ”挡时，分计数器可以进行快速校分，即分计时器可以不受秒计数器的进行信号控制，而选通一个频率较快的校分信号进行校分.引入 1Hz 的脉冲信号直接在分位计数，然后依据校分开关的不同状态准备送入分计数器的脉冲来源,选择完成正常工作或快速校分功能.5、校时电路：和校分电路的原理实现一样.快速校时信号同样可以是秒进位信号.6、清零电路：任意时刻通过开关实现手动清零。实现开机自动清零。显示时间到23时 59 分 59 秒时电路自动清零.7、保持电路：通过开关把握时、分、秒各位均保持在当前状态，不随输入脉冲信号变化，我们只需要在需要保持的时候将最低位秒信号输入源断开即可进行保持.8、整点报时电路：分别在各小时的59 分 53 秒， 59 分 55 秒， 59 分 57 秒三个时刻报出一个频率为 500Hz 的低音，在59 分 59 秒报出一个频率为1KHz 的高音 .我们只需要将秒个、秒时、分个、分时、时个、时十的输出在要求报警的时刻的“1电”平输出端进行规律组合然后和相应的输入频率进行组合，假如没有到这个时间那么规律组合输出为零。一旦到了这个将特定的时刻规律组合输出为高电平与频率脉冲接入报时电路，支配给蜂鸣器后， 即可完成在特定时间报时的功能.9、安装调整电路，并在试验平台上观看结果，直至达到要求为止.设计提高要求：1、秒表电路：我们可以用模100 的计数功能来完成对秒输入信号的统计，具体原理和计时电路相像，只是需要输入一个较高频率的信号源，我们接受100hz 的输入 .它和计时电路同时工作，只是显示的时间不同，我们可以设置一个开关来进行显示选择，秒表电路同样具有清零、保持、显示，原理同上.四、 各模块说明1、 分频模块试验板上振荡源为48MHz ，为获得秒脉冲信号和报时电路中需要的音频，需要对该振荡源进行分频处理 .处理的过程示意如下：【1】2 分频电路2 分频电路是通过jk 触发器完成的，把jk 触发器的 jk 都接高电平于是构成一个T '电路是 Qn=Qn 非，于是完成二分频电路.原理图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【2】3 分频电路3 分频电路是通过74160 用置数法实现 .其输出端QD QC QBQA 依据如下方式循环计数时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就可以对其输入的脉冲进行3 分频，输出信号由QB 直接引出 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结000000010010可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结74160 置数端为低电平有效，所以将QB 作为置数信号的输入 .3 分频电路图如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图封装图为：【3】8 分频将 3 个 2 分频串联实现 8 分频电路 . 8 分频电路图如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【4】24 分频将一个 8 分频和一个电路图为：3 分频连接起来组成一个24 分频波形图为：封装图为：波形图为：【5】10 分频模 10 计数器是由计数器74161 来 QDQCQBQA=1111时置数电路图为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图为：封装图为：【6】1000 分频是由三个 10 分频电路连接而成电路图为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图为：封装图为：【7】1khz、500hz、1hz、2hz原理图为：48MHz可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3 分频8 分频1000 分频2KHz可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 分频可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1000 分频2 分频1KHz可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1Hz电路图为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图为：（由于48mhz 和其他的频率相差较大于是只能观看48mhz 而其他的频率为一条直封装图为：线）2、计时模块计时模块包括秒、分、时三个模块，依次进位.其中秒和分的模块都是一个模60 计数器，时模块是一个模24 技术区 .计时接受的是同步计数器，它们所用的时钟信号均为.【1】 秒计时模块秒钟部分除了要实现自身的59置 0功能以外，仍要将这59作为进位信号送到分计数器的使能端.秒钟部分实际上就是一个模60 计数器，当输出为59 的时候，即输出01011001 时，把为 1 的输出端通过一个四与非门接到两片74160 的置数端，即可完成自身的59置 0功能 .另外，将这四个输出端接到分个位的使能端，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图：封装图：可完成 59向 1的进位功能 .电路图【2】 分计时模块分钟部分除了要实现自身的59置 0功能以外，仍要将5959作为进位信号送到时计数器的使能端 .电路图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图：封装图：【3】时计时模块电路图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结波形图：封装图：3、显示模块此模块是用于数码管的动态显示，在本试验中一共需要6 个数码管参与显示（秒2位，分 2 位，时 2 位），所以计数器74161 设计为模 6 的循环，其输出既作为4 片 74151的把握端，又作为3 8 译码器 74138 的把握端 .由于只有一片 BCD 译码器 7447，所以当计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结数器到某一个数值时，四片74151 同时选取对应位的一个输入组成计时器某一位的BCD 编码接入显示译码器7447，与此同时依据计数器的数值，74138 译码器也从六个显示管的使能端选择对应位有效，从而在试验箱上显现一个有效数据.扫描的频率为几千赫兹,由于人眼视觉停留的缘由，会感觉七个数码管同时显示.原理图如下：4、校分与校时模块【1】校分模块当 K3 为 0 时，校分模块输出1hz 的脉冲供应分计时模块正常计数。当K3 为 1 时，校分模块输出 2hz 的脉冲供应分计时模块校分.其中为了防止拨开关时引发的跳动给校分带来影响，在校分模块中加入了消颤的D 触发器 .由于校分的时候无论秒计时模块是否计到59，都能进行校分，故秒计时模块的输出要与开关K3 相或才能供应校分模块的使能端.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【3】 校时模块当 K4 为 0 时，校时模块输出1hz 的脉冲供应时计时模块正常计数。当K4 为 1 时，校时模块输出 2hz 的脉冲供应时计时模块校分.其中为了防止拨开关时引发的跳动给校时带来影响，在校时模块中加入了消颤的D 触发器 .由于校时的时候无论秒和分计时模块是否都计到 59，都能进行校时，故秒计时模块的输出要与开关K4 相或才能供应校分模块的使能端. 5、清零模块通过增加一个开关K2 来把握计时电路，开关通过非门直接接在每个74160 的清零端，当开关断开的时候，计时器正常工作，当开关闭合时，计时器清零. K2=0CLR=1， K2=1CLR=06、保持模块通过开关 K1 把握秒的使能信号，当秒停止计时时，计时器就“保持 ”了 . K1=0 ， ENT=1 。 K1=1 ， ENT=07、报时模块当电路计时到 59 分 51， 53， 55， 57 秒时，分别发出一声较低的蜂鸣声。当计时到59分 59 秒时，发出一声较高的蜂鸣声.需要在某时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结触发信号，选通报时脉冲信号进行报时.设 F 是报时函数， F1 是低音报时函数， F2 是高音报时函数.全部函数为高电平常报时.就有：F=59 53 F1+59 55 F1+59 57 F1+59 59 F2=59 51（2 F1+4 F1+6 ）F1+8 F2=59 51· 2 F1· 4 F1· 8 F2AND4 是表示 59 分，分个位： 1001.分十位： 0101 AND3 是表示 51 秒，秒个位： 0001.秒十位： 0101 下面 AND2 分别是加 0010、加 0100、加 1000原理图如下：四、扩展模块秒表电路秒表可实现当开关K4 按下后，数码管显示进入秒表计时状态，秒表后两位为100 进制（将1s 分成 100 份，即 100Hz ），秒表的中间两位为60 进制（单位是秒），秒表的最高两位也为60进制（单位是分）就秒表的时钟脉冲不是1Hz，而是 100Hz. 除了时钟脉冲不同，秒表计时器也可以仿照计时、清零模块去做，只需将清零，和进位信号稍加改动便可设计出秒表计时器.其电路图如下图所示 :可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结封装图为：miaobiao可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结100Hz1Kk1 k2 k3 k4h03.0h13.0m03.0m13.0s03.0s13.0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结inst秒表实现电路的连接和计时电路连接相像，都是接受动态显示，其电路图如下：五、调试、编程下载选择 “Processin-gstart complication”进行全编译，编译通过后要进行管脚支配，选择，在打开的对话框中的“Location 栏”中选择相应的管脚填入，并将未用到的管脚置为三态，最终将程序下载到SmartSOPC 试验系统中运行，检验结果是否正确.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结管脚设置：五、 试验中显现的问题以及解决方法1. 在刚开头建立工程的时候不知道只能建一个工程于是就每个分模块都建立了一个工程，导致以后的工作无法进行，分别在不同的工程里面，于是推倒从新做.2. 在存放的时候不是存放在一个文件夹中二特别别很多文件夹，于是就存在系统找不到的情形，最终把他们放在一个文件夹里.3. 在设置文件夹名时使用了中文，导致编译错误.于是把文件夹名改为英文.4. 在一个模块设计错误以后没有准时删掉，导致软件对其混淆，编译出错.于是把错误的删掉或者是放到文档中.5. 在设计分计时时，只考虑其是一个模六十但是忘了考虑他也需要秒的进位，于是导致不进位，于是加入秒进位.6. 在开关开头的时候会产生抖动，于是加了消颤开关，即可显示反常.六、 试验收成感受1. 对 Quartus 软件应用从完全不懂到能应用其基本功能是要付出很多的.从电路设计、调试、仿真、封装到下载每一步都需要我们去摸索探究.经受了很多最终有了结果，也是一件令人欣喜的事情.2. 对基本功能的实现是对我们之前学习的理论的学问的实践，把书本上的东西应用到实际，才发觉原先科学是如此的神奇 .也有些书到用时方恨少，应当在理论课上更加的加紧学习，才能更好的应用于实践 .实践也能对以前的学问进行巩固和加深 .3. 在原有的基本电路上加了一个附加电路秒表，虽然不是什么很难的电路，但是也颇有成就感，在其中也遇到了很多困难，也感谢帮忙过我的老师和同学 .4. 在试验中真的遇到很多的困难，虽然我们只有一个下午的时间在哪里做试验，但是其实从我们早上7:30 起床始终到晚上12 点甚至有一天熬夜到了凌晨3 点都在做这个试验，其中由于各种缘由，我从新做了5 次.期间精神上和身体上都有一种药崩溃的感觉，但是不管怎么样我都挺了过来，努力做到最好，最终的结果我仍是比较中意的.从新做的缘由大多都由于之前的一点点小错，到后来就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结酿成了大错而不得不返工，于是深知做工程的人是容不得一点点的马虎的，否就不是自己受苦就是别人被拖累，于是决心以后做事要更加的严谨，为以后打好基础 .七、 参考文献1. 数字规律电路蒋立平南京理工高校出版社2. EDA 设计试验指导书南京理工高校电子技术中心可编辑资料 - - - 欢迎下载