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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计报告学生姓名学 号班 级专 业电子信息工程题 目数字时钟设计指导教师2011年11月专心-专注-专业一、任务和设计要求1. 熟悉集成电路的引脚安排。2. 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。3. 了解数字钟的组成及工作原理。 4. 熟悉数字钟的设计与制作。1设计指标 （1）时间以 24 小时为一个周期； （2）显示时、分、秒； （3）有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； （4）计时过程具有报时功能，当时间到达整点前 5 秒进行蜂鸣报时。2设计要求 （1）画出电路原理图（或仿真电路图）； （2）元器件及参数选择； （3）电路仿真与调试二、设
2、计原理设计思路根据系统设计要求,系统设计采用自顶向下设计方法,由时钟分频部分、计时部分、按键部分调时部分和显示部分五个部分组成。这些模块都放在一个顶层文件中。1）时钟计数：首先下载程序进行复位清零操作,电子钟从00：00：00计时开始。sethour可以调整时钟的小时部分, setmin可以调整分钟,步进为1。由于电子钟的最小计时单位是1s,因此提供给系统的内部的时钟频率应该大于1Hz,这里取100Hz。CLK端连接外部10Hz的时钟输入信号clk。对clk进行计数,当clk=10时,秒加1,当秒加到60时,分加1；当分加到60时,时加1；当时加到24时,全部清0,从新计时。用6位数码管分别显
3、示“时”、“分”、“秒”,通过OUTPUT( 6 DOWNTO 0 )上的信号来点亮指定的LED七段显示数码管。2） 时间设置：手动调节分钟、小时，可以对所设计的时钟任意调时间，这样使数字钟真正具有使用功能。我们可以通过实验板上的键7和键4进行任意的调整，因为我们用的时钟信号均是1HZ的，所以每LED灯变化一次就来一个脉冲，即计数一次。3）清零功能：reset为复位键，低电平时实现清零功能，高电平时正常计数。可以根据我们自己任意时间的复位。总体结构图三、系统设计1）时、分、秒计时器 时计时器为一个24进制计数器，分、秒计时器均为60进制计数器。当秒计时器接受到一个秒脉冲时，秒计数器开始从1计数
4、到60，此时秒显示器将显示00、01、02、.、59、00；每当秒计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至分计时器，此时分计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、.、59、00；每当分计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至时计时器，此时时计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、.、23、00。即当数字钟运行到23点59分59秒时，当秒计时器在接受一个秒脉冲，数字钟将自动显示00点00分00秒。2）校时电路 当开关拨至校时档时，电子钟秒计时工作，通过时、分校时开关分别对时、分进行校对，开关每按1次，与开关对应的时或分计数器加1，当调至需要的时与分时，
5、拨动reset开关，电子钟从设置的时间开始往后计时。四、参考程序Alert模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY alert IS PORT(clk:IN STD_LOGIC; dain:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); speak:OUT STD_LOGIC; lamp:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);END alert;ARCHITECTURE fun OF alert IS SIGNAL count:
6、STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); SIGNAL count1:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); BEGIN speaker:PROCESS(clk) BEGIN -speak=count1(1); IF(clkevent and clk=1)THEN IF(dain=)THEN speak=10)THEN count1=00;-count1为三进制加法计数器 ELSE count1=count1+1;-speak=count1(0); END IF ; END IF ; END IF ; END PROCESS speaker; lamper
7、:PROCESS(clk) BEGIN IF(rising_edge(clk)THEN IF(count=10)THEN IF(count=00)THEN lamp=001;-循环点亮三只灯 ELSIF(count=01)THEN lamp=010; ELSIF(count=10)THEN lamp=100; END IF; count=count+1; ELSE count=00; END IF; END IF; END PROCESS lamper;END fun;Hour模块LIBRARY IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOG
8、IC_UNSIGNED.ALL;ENTITY hour IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC; daout:out STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);END ENTITY hour;ARCHITECTURE fun OF hour ISSIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); BEGIN daout=count; PROCESS(clk,reset) BEGIN IF(reset=0)THEN count=; -若reset=0，则异步清零 ELSIF(clkevent and clk=1)THEN -
9、否则，若clk上升沿到 IF(count(3 DOWNTO 0)=1001)THEN -若个位计时恰好到1001即9 IF(count16#23#)THEN -23进制 count=count+7; -若到23D则 else count=; -复0 END IF; ELSIF (count16#23#)THEN -若未到23D，则count进1 count=count+1; ELSE -否则清零 count=; END IF; -END IF（count（3 DOWNTO 0）=1001） END IF; -END IF（reset=0） END PROCESS;END fun;Minute模
10、块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY minute IS PORT(clk,clk1,reset,sethour:IN STD_LOGIC; enhour:OUT STD_LOGIC; daout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END ENTITY minute ;ARCHITECTURE fun OF minute IS SIGNAL count :STD_LOGIC_VECTOR (6 DOWNTO 0); SIGNAL enhou
11、r_1, enhour_2: STD_LOGIC; -enmin_1为59分时的进位信号 BEGIN -enmin_2由clk调制后的手动调时脉冲信号串 daout=count; enhour_2= (sethour and clk1); -sethour为手动调时控制信号，高电平有效 enhour= (enhour_1 or enhour_2); PROCESS(clk,reset,sethour) BEGIN IF(reset=0) THEN -若reset为0，则异步清零 count=; ELSIF(clkevent and clk=1)THEN -否则，若clk上升沿到 IF(coun
12、t (3 DOWNTO 0) =1001)THEN-若个位计时恰好到1001即9 IF(count 16#60#) THEN -又若count小于16#60#，即60 IF(count=) THEN-又若已到59D enhour_1=1; -则置进位为1 count=; -count复0 ELSE count=count+7; -若count未到59D，则加7，即作加6校正 END IF; -使前面的16#60#的个位转变为8421BCD的容量 ELSE count=;-count复0（有此句，则对无效状态电路可自启动） END IF; -END IF（count16#60#） ELSIF (
13、count 16#60#) THEN count=count+1; -若count16#60#则count加1 enhour_1=0 after 100 ns; -没有发生进位 ELSE count=; -否则，若count不小于16#60# count复0 END IF; -END IF（count（3 DOWNTO 0）=1001） END IF; -END IF（reset=0） END process;END fun;Second模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTI
14、TY second ISPORT( clk,reset,setmin:STD_LOGIC; enmin:OUT STD_LOGIC; daout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END ENTITY second;ARCHITECTURE fun OF second ISSIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SIGNAL enmin_1,enmin_2:STD_LOGIC; -enmin_1为59秒时的进位信号 BEGIN -enmin_2由clk调制后的手动调分脉冲信号串 daout=count; enmin_2
15、=(setmin and clk); -setmin为手动调分控制信号，高电平有效 enmin=(enmin_1 or enmin_2); -enmin为向分进位信号 PROCESS(clk,reset,setmin) BEGIN IF(reset=0)THEN count=; -若reset为0，则异步清零 ELSIF(clk event and clk=1)then -否则，若clk上升沿到 IF(count(3 downto 0)=1001)then -若个位计时恰好到1001即9 IF(count16#60#)then -又若count小于16#60#,即60H IF(count=)t
16、hen -又若已到59D enmin_1=1;count=;-则置进位为1及count复0 ELSE -未到59D count=count+7; -则加7，而+7=+1+6，即作加6校正 END IF; ELSE -若count不小于16#60#（即count等于或大于16#60#） count=; -count复0 END IF; -END IF（count16#60#） ELSIF(count16#60#)then -若个位计数未到1001则转此句再判 count=count+1; -若count16#60#则count加1 enmin_1=0after 100 ns; -没有发生进位 E
17、LSE -否则，若count不小于16#60# count=; -则count复0 END IF; -END IF（count（3 DOWNTO 0）=1001） END IF; -END IF（reset=0）END PROCESS;END fun;五、系统调试与性能分析时基T 产生电路数字钟以其显示时间的直观性、走时准确性作为一种计时工具，数字钟的基本组成部分离不开计数器，在控制逻辑电路的控制下完成预定的各项功能。由晶振产生的频率非常稳定的脉冲，经整形、稳定电路后，产生一个频率为1Hz的、非常稳定的计数时钟脉冲。调时、调分信号的产生由计数器的计数过程可知，正常计数时，当秒计数器（60进制）
18、计数到59 时，再来一个脉冲，则秒计数器清零，重新开始新一轮的计数，而进位则作为分计数器的计数脉冲，使分计数器计数加1。现在我们把电路稍做变动：把秒计数器的进位脉冲和一个频率为2Hz的脉冲信号同时接到一个2选1数据选择器的两个数据输入端，而位选信号则接一个脉冲按键开关，当按键开关不按下去时（即为0），则数据选择器将秒计数器的进位脉冲送到分计数器，此时，数字钟正常工作；当按键开关按下去时（即为1），则数据选择器将另外一个2Hz 的信号作为分计数器的计数脉冲，使其计数频率加快，当达到正确时间时，松开按键开关，从而达到调时的目的。调节小时的时间也一样的实现。计数显示电路由计数部分、数据选择器、译码器
19、组成，是时钟的关键部分。1、计数部分：由两个60进制计数器和一个24 进制计数器组成，其中60 进制计数器可用6 进制计数器和10 进制计数器构成；24 进制的小时计数同样可用6 进制计数器和10 进制计数器得到：当计数器计数到24 时，“2”和“4”同时进行清零，则可实现24 进制计数。2、数据选择器：84 输入14 输出的多路数据选择器，因为本实验用到了8个数码管（有两个用来产生隔离符号）。3、译码器：七段译码器。译码器必须能译出，由实验二中译码器真值表可得：字母F 的8421BCD 码为“1111”，译码后为“”，现在如果只译出，即字母F的中间一横，则译码后应为“”，这样，在数码管上显示
20、的就为。仿真未曾编辑的仿真波形仿真波形实验结果实验箱使用模式7，键8为复位按键，键8为1时正常工作。键4设置小时，键7设置分钟。下载成功后，按下键8，及使六个LED复位清零，显示数秒的自动计时，可以通过4键设置小时数，7键设置分钟数。当秒数满60则进一位，分钟数满60进一位，当显示为23:59:59时，秒数在加一则显示00:00:00，之后从新计时。六、训练体会通过这次课程设计，我进一步加深了对电子设计自动化的了解。并进一步熟练了对QuartusII软件的操作。EDA这门课程再也不像学习理论般那么空洞，有了更加贴切的了解及运用。在编写程序的过程中，遇到了很多问题，使我发现自己以前学习上存在的不足。通过与同学探讨和请教老师，终于把问题都解决了，并加深了对数字时钟原理和设计思路的了解。同时我也掌握了做课程设计的一般流程，为以后的电子设计这块积累了一定的经验，为以后从事相关工作一些帮助。做课程设计时，先查阅相关知识，把原理吃透，确定一个大的设计方向，在按照这个方向分模块的把要实现的功能用流程图的形式展示。最后参照每个模块把输入和输出引脚设定，运用我们所学的VHDL语言进行编程。总之，通过这次的设计，进一步了解了EDA技术，收获很大，对软件编程、排错调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。