報時數(shù)字鐘的設(shè)計

1、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實習(xí)報告 課 題 : 報時式數(shù)字鐘的設(shè)計系 別 ： 自動化 班級學(xué)號： 101（25） 姓 名 ： 張小康 指導(dǎo)老師： 趙瑩 2012.5.28-6.1北華大學(xué)電氣信息工程學(xué)院目錄一、前言3二、題目設(shè)計要求4三、方案設(shè)計5四、電路圖10五、合成波形11六、實習(xí)心得14七、參考文獻15前言一、軟件介紹Max+plus II開發(fā)軟件是美國Altera公司自行設(shè)計的的第三代PLD開發(fā)系統(tǒng)。Altera是世界上最大可編程邏輯器件的供應(yīng)商之一。Max+plus II界面友好，使用便捷，在Max+plus II上可以完成設(shè)計輸入、元件適配、時序仿真和功能仿真、編程下載整個流程。主要特點介紹如下

2、 。1、 提供開放性的界面Max+plus II支持Cadence,Exemplarlogic,Mentor Graphics,Synplicty,Viewlogic和其他公司所提供的EDA工具接口。2、 提供與PLD器件結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計環(huán)境Max+plus II系統(tǒng)的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可編程邏輯器件，提供了世界上唯一真正與結(jié)構(gòu)無關(guān)的可編程邏輯設(shè)計環(huán)境。使用者無需精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需用自己熟悉的設(shè)計輸入工具，如原理圖或硬件描述語言進行設(shè)計。Max+pl

3、us II將這些設(shè)計轉(zhuǎn)換為目標(biāo)結(jié)構(gòu)所需求的格式，設(shè)計處理一般在數(shù)分鐘內(nèi)完成。3、 完成集成化Max+plus II的設(shè)計輸入、處理與校驗功能全部集成在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境下，這樣可以加快動態(tài)調(diào)試、縮短開發(fā)周期。4、 豐富的設(shè)計庫Max+plus II提供豐富的庫單元供設(shè)計者調(diào)用，其中包括74系列的全部器件和多種特殊的邏輯功能（Macro-Function）以及新型的參數(shù)化的兆功能（Mage-Function）模塊庫。Max+plus II軟件還允許設(shè)計人員添加自己認(rèn)為有價值的宏功能模塊，充分利用這些邏輯功能模塊，可大大減少設(shè)計工作量。5、 模塊工具化設(shè)計人員可以從各種設(shè)計輸入、處理和校驗選項中進行選

4、擇從而是使設(shè)計環(huán)境用戶化。6、 硬件描述語言Max+plus II軟件支持各種硬件描述語言(HDL)設(shè)計輸入選項，包括VHDL、VerilogHDL和Altera自己的硬件描述語言ADHL。二、題目設(shè)計要求設(shè)計并制作一臺能顯示小時、分、秒的數(shù)字鐘。具體要求如下：1、 完成帶時、分、秒顯示的24h計時功能；2、 能完成整點報時功能，要求當(dāng)數(shù)字鐘的分和秒計數(shù)器計到59min51s時，驅(qū)動音響電路，四高一低，最后一聲高聲結(jié)束，整點時間到；3、 完成對“時”和“分”的校時，并能對秒計數(shù)器清零。三、方案設(shè)計 1 數(shù)字鐘的原理及組成框圖該數(shù)字鐘由振蕩器、分頻器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、小時計數(shù)器、校時電路、報

5、時電路和顯示電路等幾部分組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進制計時器。每累計60s發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”業(yè)采用60進制計數(shù)器，每累計60min，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計數(shù)器，可實現(xiàn)對一天24h的累計。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)聲器實現(xiàn)報時。校時電路是用來對“時”、“分”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。計數(shù)器清零是對“秒計數(shù)器”進行清零。其組成框

6、圖如圖1所示。譯碼顯示電路小時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器分頻器報時電路校時電路校時2 設(shè)計過程（1）、秒、分、時計數(shù)器電路設(shè)計秒、分計數(shù)器為60進制計數(shù)器，小時計數(shù)器為24進制計數(shù)器。實現(xiàn)這兩種模數(shù)的計數(shù)器采用中規(guī)模集成計數(shù)器74LS160，分兩級構(gòu)成。下面討論60和24進制計數(shù)器的電路構(gòu)成和工作原理。l 60進制計數(shù)器由74LS160構(gòu)成的60進制計數(shù)器如圖2所示。將一片74LS160設(shè)置成10進制加法計數(shù)器，另一片設(shè)置成6進制加法計數(shù)器。兩片74LS160按同步置數(shù)發(fā)串接而成。秒計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計數(shù)器的輸入脈沖。圖2電路，既可以作為秒計數(shù)器，業(yè)可作為分

7、計數(shù)器。圖2 60進制計數(shù)器l 24進制計數(shù)器同理當(dāng)個位計數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0011,十位計數(shù)器狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0010時，要求計數(shù)器規(guī)零。通過把個位Q0 Q1、十位Q1進入與非門后的信號送到個位、十位計數(shù)器的置數(shù)端，使計數(shù)器清零，從而構(gòu)成24進制計數(shù)器，如圖3所示。 圖3 24進制計數(shù)器3、校時電路校時電路時數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實際時間不符時，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進行校時。簡單有效的校時電路如圖4所示。該電路針對分計時脈沖和時計時脈沖進行控制，達到校時的目的?？刂坪髮?yīng)的分計時脈沖位CM，時計時脈沖位CH。或非門的輸出和與門的輸出接入一個或門來控制分計數(shù)器脈沖輸

8、入端。脈沖信號置1時，正常工作；置0時，實現(xiàn)對分的校對，每來一個上升沿，分計數(shù)器就向上加一進行校時。圖4 校時電路4、整點報時電路一般時鐘都應(yīng)具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時,以示提醒。根據(jù)要求,電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時,即當(dāng)時間在59分51秒到59分59秒期間時,報時電路報時控制信號。當(dāng)數(shù)字鐘的分和秒計數(shù)器計到59min51s時，驅(qū)動音響電路，四高一低，最后59min59s一聲高聲結(jié)束，整點時間到。高聲接入1024Hz的高頻信號，低聲加入512Hz的低頻信號給以控制。 圖5 報時電路5 元件清單所用元器件：直流電源、或門、與門、非門、與非門、74L

9、S160計數(shù)器（其中74LS160 是一個具有異步清零、同步置數(shù)、可以保持狀態(tài)不變的十進制上升沿計數(shù)器,功能表如下：表1 74ls160功能表輸入輸出CRLDCTPCTTCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3L×××××××××LLLHL××d0d1d2d3d0d1d2d3HHHH××××計數(shù)HHL××××××保持HH×L×××××

10、;保持管腳結(jié)構(gòu)如下： Q0 Q1 Q2 Q3 CS1 S2 74LS160CP D0 D1 D2 D3 LD RD）四、電路圖五、合成波形在秒、分、時計數(shù)器輸入端加入時鐘脈沖信號，進行仿真：在喇叭輸入端加入時鐘脈沖信號,進行仿真：其中管腳接口如下：調(diào)試過程如下：六、實習(xí)心得 通過這次設(shè)計，我學(xué)到了很多，讓我對其有了更加濃厚的興趣。同時也學(xué)會了一種學(xué)習(xí)的態(tài)度：理論要聯(lián)系實踐，當(dāng)然實踐也離不開理論。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中,使我更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。在連接二十四進制,六十進制的進位及接法中,我有些大亂陣腳，圖形檢查的時候，總是出現(xiàn)錯誤，好在耐心檢查，

11、熟悉并掌握邏輯電路及其芯片各引腳的功能后,方在電路出錯時準(zhǔn)確地找出錯誤所在并及時糾正了。在各元件之間的連接過程中也總是有錯誤，主要原因是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯誤所引起的。在波形仿真時，也遇到了一點困難,幾乎就是沒有波形，也不知在哪出錯，那個郁悶??！在設(shè)定輸入的時鐘信號后，數(shù)字鐘開始計數(shù)，但是始終看不到秒、分、小時的循環(huán)計數(shù)，和聽不到報時的聲音。后來，在同學(xué)的幫助下，經(jīng)數(shù)十次的調(diào)試之后，終于找到了合適的輸入數(shù)值，也聽見了那清脆的報時聲，那心情，怎一個興奮了得！這次課程設(shè)計，有郁悶也有歡喜，也讓我看見了理論與實踐的差別和聯(lián)系，理論固然重要，然而我們也要在實踐中發(fā)現(xiàn)錯誤，并解決錯誤。同時也提高了動手能力和解決問題的能力。也讓我體會，課程設(shè)計出來的那種喜悅心情。也讓我明白，無論最后的結(jié)果怎樣，參與了，就一定有收獲