基于-Quartus多功能數(shù)字鐘設(shè)計

1、-. z基于Quartus的多功能數(shù)字鐘設(shè)計該實驗是利用QuartusII軟件設(shè)計一個數(shù)字鐘，進(jìn)展試驗設(shè)計和仿真調(diào)試，實現(xiàn)了計時，校時，校分，清零，保持和整點報時等多種根本功能，并下載到SmartSOPC實驗系統(tǒng)中進(jìn)展調(diào)試和驗證。此外還添加了顯示星期，鬧鐘設(shè)定,秒表和彩鈴等附加功能，使得設(shè)計的數(shù)字鐘的功能更加完善。設(shè)計要求設(shè)計一個數(shù)字計時器，可以完成00:00:00到23:59:59的計時功能，并在控制電路的作用下具有保持、清零、快速校時、快速校分、整點報時等根本功能。具體要求如下：能進(jìn)展正常的時、分、秒計時功能，最大計時顯示23小時59分59秒。分別由六個數(shù)碼管顯示時分秒的計時。K1是系統(tǒng)的

2、使能開關(guān)，K1=0正常工作，K1=1時鐘保持不變。K2是系統(tǒng)的清零開關(guān)，K2=0正常工作，K2=1時鐘的分、秒全清零。在數(shù)字鐘正常工作時可以對數(shù)字鐘進(jìn)展快速校時和校分。K3是系統(tǒng)的校分開關(guān)，K3=0正常工作K3=1時可以快速校分；K4是系統(tǒng)的校時開關(guān)，K4=0正常工作，K4=1時可以快速校時。設(shè)計提高局部要求時鐘具有整點報時功能，當(dāng)時鐘計到5951時開場報時，在5951,5953, 5955,5957 時報時頻率為512Hz,5959時報時頻率為1KHz。星期顯示：星期顯示功能是在數(shù)字鐘界面顯示星期，到計時到24小時時，星期上顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)一位。鬧表設(shè)定：通過開關(guān)切換顯示至鬧鐘界面，利用鬧鐘校時

3、和校分開關(guān)對鬧鐘時間進(jìn)展設(shè)定，且不影響數(shù)字鐘計時。當(dāng)計時到鬧鐘設(shè)定時間蜂鳴器鳴叫，并響起彩鈴。秒表計時：通過開關(guān)切換顯示至秒表界面，分秒局部是100進(jìn)制的，即當(dāng)值為99時向秒位進(jìn)位。仿真與驗證用Quartus軟件對設(shè)計電路進(jìn)展功能仿真，并下載到實驗板上對其功能進(jìn)展驗證。工作原理數(shù)字計時器是由計時電路、譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路和控制電路等幾局部組成的，控制電路按要求可由校分校時電路、清零電路和保持電路組成。其中，脈沖發(fā)生電路將試驗箱提供的48Mhz的頻率分成電路所需要的頻率；計時電路與動態(tài)顯示電路相連，將時間與星期顯示在七段數(shù)碼管上，并且驅(qū)動蜂鳴器整點報時；校時校分電路對時、分、星期提供快速校

4、時；清零電路作用時，系統(tǒng)的分秒時同時歸零；保持電路作用時，系統(tǒng)停頓計時并保持時間不變。其原理框圖如下圖：計時電路校分校時電路脈沖發(fā)生電路譯碼顯示電路報時電路清零電路各模塊說明分頻模塊分頻模塊將實驗箱提供的48MHZ的頻率分頻，得到所需的頻率。實驗中需要1HZ作為時秒、分、時的時鐘信號，2HZ作為校分、校時的時鐘信號，200HZ、1000HZ作為報時蜂鳴所需頻率信號等。我們實現(xiàn)的方法是8分頻三個2分頻級連，6分頻一個2分頻和一個3分頻的級連和分頻6個5分頻和6個2分頻的級連。八分頻這個二分頻電路是由D觸發(fā)器產(chǎn)生的，占空比為50%。波形圖如下：六分頻這里設(shè)計了如下一個計數(shù)循環(huán)： 00，01，10，

5、00。采用高位作為分頻信號輸出，占空比為1：2，此時再接到一個T觸發(fā)器的時鐘端進(jìn)展二分頻，即實現(xiàn)六分頻，且滿足占空比為50%的要求。三分頻波形圖如下：十分頻該方法與六分頻的實現(xiàn)是一個原理。波形圖如下：計時模塊計時電路包括秒，分，時，星期四個模塊，依次進(jìn)位。其中秒和分的模塊類似，都是一個模六十計數(shù)器，時模塊是一個模24計數(shù)器，而星期則是一個特殊的模7計數(shù)器。設(shè)計時采用的是同步計數(shù)器，它們所接的時鐘信號均為1hz。秒計時模塊當(dāng)秒計時至59秒時由四與非門輸出一個低電平將秒個位及秒十位置零，同時變換此低電平為高作為進(jìn)位信號傳遞給分個位。波形圖如下：分計時模塊觀察可發(fā)現(xiàn)其構(gòu)造與秒計時模塊一致，唯一不同的

6、是由于分清零的條件不僅是分計到59，而且秒也要計到59，故清零信號的輸入還要添加秒計時模塊的輸出。波形圖與秒計時模塊的相類似。時計時模塊時計時模塊與秒，分模塊類似，只是進(jìn)位信號要設(shè)計在23時置零進(jìn)位，并且要等到秒與分信號都計到59時它才能進(jìn)位清零，故清零信號的輸入還要添加秒和分計時模塊的輸出。波形圖如下：動態(tài)顯示模塊此模塊是用于數(shù)碼管的動態(tài)顯示，在本實驗中一共需要7個數(shù)碼管參與顯示秒2位，分2位，時2位，星期1位，所以計數(shù)器74161設(shè)計為模7的循環(huán)，其輸出既作為4片74151的控制端，又作為38譯碼器74138的控制端。因為只有一片BCD譯碼器7447，所以當(dāng)計數(shù)器到*一個數(shù)值時，四片741

7、51同時選取對應(yīng)位的一個輸入組成計時器*一位的BCD編碼接入顯示譯碼器7447，與此同時根據(jù)計數(shù)器的數(shù)值，74138譯碼器也從七個顯示管的使能端選擇對應(yīng)位有效，從而在實驗箱上顯現(xiàn)一個有效數(shù)據(jù)。掃描的頻率為幾千赫茲,因為人眼視覺停留的原因，會感覺七個數(shù)碼管同時顯示。原理圖如下：校分與校時模塊校分模塊當(dāng)K3為0時，校分模塊輸出1hz的脈沖供應(yīng)分計時模塊正常計數(shù)；當(dāng)K3為1時，校分模塊輸出2hz的脈沖供應(yīng)分計時模塊校分。其中為了防止撥開關(guān)時引發(fā)的顫抖給校分帶來影響，在校分模塊中參加了消顫的D觸發(fā)器。由于校分的時候無論秒計時模塊是否計到59，都能進(jìn)展校分，故秒計時模塊的輸出要與開關(guān)K3相或才能供應(yīng)校分

8、模塊的使能端。校時模塊當(dāng)K4為0時，校時模塊輸出1hz的脈沖供應(yīng)時計時模塊正常計數(shù)；當(dāng)K4為1時，校時模塊輸出2hz的脈沖供應(yīng)時計時模塊校分。其中為了防止撥開關(guān)時引發(fā)的顫抖給校時帶來影響，在校時模塊中參加了消顫的D觸發(fā)器。由于校時的時候無論秒和分計時模塊是否都計到59，都能進(jìn)展校時，故秒計時模塊的輸出要與開關(guān)K4相或才能供應(yīng)校分模塊的使能端。清零模塊通過增加一個開關(guān)K2來控制計時電路，開關(guān)通過非門直接接在每個74160的清零端，當(dāng)開關(guān)斷開時，計時器正常工作，當(dāng)開關(guān)閉合時，計時器清零。，保持模塊通過開關(guān)K1控制秒的使能信號，當(dāng)秒停頓計時，計時器就保持了。，報時模塊當(dāng)電路計時到59分51，53，5

9、5，57秒時，分別發(fā)出一聲較低的蜂鳴聲；當(dāng)計時到59分59秒時，發(fā)出一聲較高的蜂鳴聲。需要在*時刻報時，就將該時刻輸出為1”的信號作為觸發(fā)信號，選通報時脈沖信號進(jìn)展報時。設(shè)計思路：設(shè)F是報時函數(shù)，F(xiàn)1是低音報時函數(shù)，F(xiàn)2是高音報時函數(shù)。所有函數(shù)為高電平時報時。則有：F=5953F1+5955F1+5957F1+5959F2 =59512F1+4F1+6F1+8F2 =5951(2F14F18F2)原理圖如下：擴(kuò)展模塊星期模塊星期計時關(guān)鍵是實現(xiàn)一個模七的計時循環(huán)，這里利用同步十進(jìn)制計數(shù)器74160來實現(xiàn)。星期的跳變需要秒分計到59并且時計到23，即時的進(jìn)位輸出。原理圖如下：鬧鐘模塊鬧鐘模塊的設(shè)計

10、主要需要解決三個問題，分別是鬧鐘校分校時的控制，顯示模塊的復(fù)用和鬧鈴在規(guī)定的時間響起。鬧鐘校分校時的控制以2HZ頻率來校分和校時，原理圖如下：用開關(guān)K7控制界面，K3和K4控制校分和校時，原理圖如下：顯示模塊復(fù)用用K7控制選擇器的輸出，當(dāng)K7=0時，輸出的是計時器的值，K7=0時切換至鬧鐘校分校時界面，原理圖如下：32選16部電路：顯示模塊的復(fù)用是通過設(shè)計一個32選16的選擇器實現(xiàn)的。由于K7是鬧鐘模式控制開關(guān)，當(dāng)K7為0時選擇正常計數(shù)輸出給顯示模塊，當(dāng)K7為1時，選擇鬧鐘校時的輸出給顯示模塊顯示。這樣做的好處是不需要新增顯示模塊，節(jié)約工作量。鬧鐘定時響起計時輸出與鬧鐘校分校時結(jié)果比擬：比擬模塊部電路：鬧鐘定時響起的條件是計數(shù)時間與設(shè)定時間一致，這就需要一個比擬器來實現(xiàn)，比擬器的輸出接蜂鳴器，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)相等時比擬結(jié)果為高電平，從而驅(qū)動蜂鳴器。秒表模塊秒表模塊的設(shè)計跟計時器是一樣的，需要解決的問題是顯示復(fù)用的問題。秒表需要設(shè)計一個模100的計時模塊分秒，然后是秒位、分位。之前鬧鐘用的是32選16選擇器