数字系统设计课程设计-数字时钟的设计与实现.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date数字系统设计课程设计-数字时钟的设计与实现课程设计报告模板电子科技大学中山学院课程设计说明书学生信息学院计算机学院专业计算机科学与技术班级 13嵌入A姓名余博文学号2013031101050课程设计信息课程名称数字系统设计课程设计题目数字时钟的设计与实现课程设计时间2015年6月20日小组情况余博文指导教师邓春健批改情况成绩评阅教师批改时间年 月 日20142015学年第 2 学期数字系统设计要求及评价1.设计目的数字系统一般指时序系统，它是在时序电路的基础上发展起来的。之所以称为系统而不叫电路，主要是 它所完成的功能已经远远超过一般的数字电路，结构也比通常电路复杂得多。数字系统设计实践的目的是在完成数字电路课程的学习之后，通过综合应用所学的电路知识，完成较为复杂的数字系统的设计，从而获得较强的数字电路设计能力、调试能力和开发能力。2.设计内容数字系统设计题材不限，但应该具备一定的复杂度，如：数字秒表的设计、基于矩阵LED的花样变换控制系统、基于七段码的打击游戏、时钟、数字通信控制系统等等。3.设计要求 数字系统设计要求在EDA软件Quartus II完成，并且要求必须在基于FPGA数字电路设计平台上运行通过。完成设计后，要求撰写设计报告一份，要求人手一份，不得雷同。 4. 总体评价作品情况需要经过现场答辩，按作品的完成、难度、创新情况来评分，；设计报告情况按报告的书写水平来评分。作品情况（60）设计报告情况（40）总计目 录1.数字系统概述11.1 数字系统概念11.2 数字系统设计实验环境12.数字时钟的设计12.1 数字时钟的原理12.2 数字时钟的设计思路13.数字时钟的实现13.1 数字时钟系统框架13.2数字时钟功能模块原理24.系统功能测试及分析25.问题及心得体会26.参考文献3- 数字时钟的设计与实现1. 数字系统概述数字系统设计主要是通过在电脑上用电路软件（如QUARTUS II）在事先设计好电路图之后，用相应的模块或其他芯片，根据实验箱的电路图，找到需要用到的管脚，绘制好电路图后，通过USB线将相应的数据传送到试验箱上，观察试验现象。若发现问题，则从新修改电路图，并下载观察，直至达到所需效果。1.1 数字系统概念需要常用的模块有输入输出管脚、VCC、GND、逻辑门（与门、或门、非门）、数字选择器（如74138）、计时器（如8count、74160、74163）、触发器（D、JK、T）、数码管显示芯片7448等芯片。上述模块可以基本实现显示、蜂鸣器的效果。如果需要达到复杂的效果，则需要涉及更多的模块。1.2 数字系统设计实验环境采用基于FPGA的数字电路实验平台的设计工具（Quartus II），该工具将常用的芯片已封装好，如果需要用到则直接放入电路图，用导线连接好后，通过USB传输数据至试验箱。2. 数字时钟的设计2.1 数字时钟的原理 数字时钟的走动通过系统提供的统一时钟脉冲来触发计数器计数。由于输入的基准时间信号是周期性的，因此通过计数器对基准时钟脉冲的个数进行计数，即可实现计时。2.2 数字时钟的设计思路 时钟的电路有计时、计分、计秒的三个模块，用于计时。还需要显示三个时间单位在数码管上，因而需要选择。此外，系统提供计时模块。3. 数字时钟的实现3.1 数字时钟系统框架 图1.1 数字时钟的结构框图3.2 数字时钟功能模块原理（1） 系统计时模块通过对系统时钟的分频以达到得到1s钟的脉冲。（2） 计时、计分、计秒模块使用74192/74160计时将节省元器件的使用。因为74192/74160的模数为10，可不必判断分钟、秒钟的各位是否应该清零。由于74160是异步清零，因此时钟、分钟、秒钟需要在24时清零。（3） 数码管显示模块自定义一个比较器，根据快速的时钟来判断74138选择应该显示时分秒的某一位及其十位个位。通过7448将所含信息表示为数码管上的数字。4. 系统功能测试及分析试验箱的数码管可以显示6位数字，其中最后一位从09循环，时间间隔约1s。当最后一位从九到零时，其前面一个数码管所显示的数字加一。实现了进位功能。最后两位从59到00时，中间的两个数字加一。当总体为235959时，下一秒显示000000。5. 问题及心得体会在实践过程中，遇到了有很多问题，例如，如何让六个数码管显示一排数字，以及如何灵活的应用自定义的比较器。起初，本打算用7493来实现时分秒的计数。但在学习课堂上，通过对一系列计数器的了解，74192/74160的模数为10，而7493的模数为16，如果用7493的话，则会需要更多的元器件来实现置数、清零等操作，从而增加了元器件的成本。此外，从课堂上的单一试验到丰富的数字系统设计，需要对常用电路及元器件之间的连接方法进行不断积累，这样才能够设计出高效率、低成本的电路。6. 参考文献1刘和平，王维俊，江渝等. TMS320LF240x DSP C语言开发应用.北京航空航天大学出版社. 2003年1月第1版. 2DS12887 Real-Time Clock. http:/ wwww.ges.cz/sheet/d/ ds12887.pdf. 3曾洁.利用Max+plus改进数字电路教学.实验科学与技术.2007,5(4):8789.