數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計數(shù)字時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)

1、電子科技大學中山學院課程設(shè)計說明書學生信息學院計算機學院專業(yè)計算機科學與技術(shù)班級 13嵌入A姓名余博文學號課程設(shè)計信息課程名稱數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計題目數(shù)字時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)課程設(shè)計時間2015年6月20日小組情況余博文指導教師鄧春健批改情況成績評閱教師批改時間年 月 日20142015學年第 2 學期數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計要求及評價1.設(shè)計目的數(shù)字系統(tǒng)一般指時序系統(tǒng)，它是在時序電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。之所以稱為系統(tǒng)而不叫電路，主要是 它所完成的功能已經(jīng)遠遠超過一般的數(shù)字電路，結(jié)構(gòu)也比通常電路復雜得多。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐的目的是在完成數(shù)字電路課程的學習之后，通過綜合應(yīng)用所學的電路知識，完成較為復雜的數(shù)字系統(tǒng)的

2、設(shè)計，從而獲得較強的數(shù)字電路設(shè)計能力、調(diào)試能力和開發(fā)能力。2.設(shè)計內(nèi)容數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計題材不限，但應(yīng)該具備一定的復雜度，如：數(shù)字秒表的設(shè)計、基于矩陣LED的花樣變換控制系統(tǒng)、基于七段碼的打擊游戲、時鐘、數(shù)字通信控制系統(tǒng)等等。3.設(shè)計要求 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計要求在EDA軟件Quartus II完成，并且要求必須在基于FPGA數(shù)字電路設(shè)計平臺上運行通過。完成設(shè)計后，要求撰寫設(shè)計報告一份，要求人手一份，不得雷同。 4. 總體評價作品情況需要經(jīng)過現(xiàn)場答辯，按作品的完成、難度、創(chuàng)新情況來評分，；設(shè)計報告情況按報告的書寫水平來評分。作品情況（60）設(shè)計報告情況（40）總計目 錄1.數(shù)字系統(tǒng)概述11.1 數(shù)字系統(tǒng)概念

3、11.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實驗環(huán)境12.數(shù)字時鐘的設(shè)計12.1 數(shù)字時鐘的原理12.2 數(shù)字時鐘的設(shè)計思路13.數(shù)字時鐘的實現(xiàn)13.1 數(shù)字時鐘系統(tǒng)框架13.2數(shù)字時鐘功能模塊原理24.系統(tǒng)功能測試及分析25.問題及心得體會26.參考文獻3 數(shù)字時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)1. 數(shù)字系統(tǒng)概述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計主要是通過在電腦上用電路軟件（如QUARTUS II）在事先設(shè)計好電路圖之后，用相應(yīng)的模塊或其他芯片，根據(jù)實驗箱的電路圖，找到需要用到的管腳，繪制好電路圖后，通過USB線將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送到試驗箱上，觀察試驗現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)問題，則從新修改電路圖，并下載觀察，直至達到所需效果。1.1 數(shù)字系統(tǒng)概念需要常用的模塊有輸入

4、輸出管腳、VCC、GND、邏輯門（與門、或門、非門）、數(shù)字選擇器（如74138）、計時器（如8count、74160、74163）、觸發(fā)器（D、JK、T）、數(shù)碼管顯示芯片7448等芯片。上述模塊可以基本實現(xiàn)顯示、蜂鳴器的效果。如果需要達到復雜的效果，則需要涉及更多的模塊。1.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實驗環(huán)境采用基于FPGA的數(shù)字電路實驗平臺的設(shè)計工具（Quartus II），該工具將常用的芯片已封裝好，如果需要用到則直接放入電路圖，用導線連接好后，通過USB傳輸數(shù)據(jù)至試驗箱。2. 數(shù)字時鐘的設(shè)計2.1 數(shù)字時鐘的原理 數(shù)字時鐘的走動通過系統(tǒng)提供的統(tǒng)一時鐘脈沖來觸發(fā)計數(shù)器計數(shù)。由于輸入的基準時間信號是周

5、期性的，因此通過計數(shù)器對基準時鐘脈沖的個數(shù)進行計數(shù)，即可實現(xiàn)計時。2.2 數(shù)字時鐘的設(shè)計思路 時鐘的電路有計時、計分、計秒的三個模塊，用于計時。還需要顯示三個時間單位在數(shù)碼管上，因而需要選擇。此外，系統(tǒng)提供計時模塊。3. 數(shù)字時鐘的實現(xiàn)3.1 數(shù)字時鐘系統(tǒng)框架 圖1.1 數(shù)字時鐘的結(jié)構(gòu)框圖3.2 數(shù)字時鐘功能模塊原理（1） 系統(tǒng)計時模塊通過對系統(tǒng)時鐘的分頻以達到得到1s鐘的脈沖。（2） 計時、計分、計秒模塊使用74192/74160計時將節(jié)省元器件的使用。因為74192/74160的模數(shù)為10，可不必判斷分鐘、秒鐘的各位是否應(yīng)該清零。由于74160是異步清零，因此時鐘、分鐘、秒鐘需要在24時清

6、零。（3） 數(shù)碼管顯示模塊自定義一個比較器，根據(jù)快速的時鐘來判斷74138選擇應(yīng)該顯示時分秒的某一位及其十位個位。通過7448將所含信息表示為數(shù)碼管上的數(shù)字。4. 系統(tǒng)功能測試及分析試驗箱的數(shù)碼管可以顯示6位數(shù)字，其中最后一位從09循環(huán)，時間間隔約1s。當最后一位從九到零時，其前面一個數(shù)碼管所顯示的數(shù)字加一。實現(xiàn)了進位功能。最后兩位從59到00時，中間的兩個數(shù)字加一。當總體為235959時，下一秒顯示000000。5. 問題及心得體會在實踐過程中，遇到了有很多問題，例如，如何讓六個數(shù)碼管顯示一排數(shù)字，以及如何靈活的應(yīng)用自定義的比較器。起初，本打算用7493來實現(xiàn)時分秒的計數(shù)。但在學習課堂上，通過對一系列計數(shù)器的了解，74192/74160的模數(shù)為10，而7493的模數(shù)為16，如果用7493的話，則會需要更多的元器件來實現(xiàn)置數(shù)、清零等操作，從而增加了元器件的成本。此外，從課堂上的單一試驗到豐富的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，需要對常用電路及元器件之間的連接方法進行不斷積累，這樣才能夠設(shè)計出高效率、低成本的電路。6. 參考文獻1劉和平，王維俊，江渝等. TMS320LF240x DSP C語言開發(fā)應(yīng)用.北京航空航