VHDL數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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基于VHDL數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生：李麗指導(dǎo)老師：陳沅濤

摘要：本課程設(shè)計(jì)完成了數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)，數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，它使數(shù)字鐘具有走時(shí)確鑿、性能穩(wěn)定、攜帶便利等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及辦公室等公共場所，給人們的生活帶來極大的便利。在這里我們將已學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路的知識有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來用于實(shí)際，來培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計(jì)電路的能力。

圖3）CP為時(shí)鐘脈沖輸入端，P0、P1、P2、P3為預(yù)置數(shù)輸入端，為置數(shù)控制端，為異步復(fù)位端，二者均為低電平有效；Q0、Q1、Q2、Q3為計(jì)數(shù)器的輸出端。該計(jì)數(shù)器能同步并行預(yù)置數(shù)據(jù)，具有清零置數(shù)，計(jì)數(shù)和保持功能，具有進(jìn)位輸出端，可以串接計(jì)數(shù)器使用。4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS161引腳圖它的管腳排列如下圖：

圖74LS161管腳排列圖

a：計(jì)數(shù)功能：

當(dāng)==CTP=CTT=1，CP=CP↑時(shí)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。

b：同步并行置數(shù)功能：

當(dāng)=1時(shí)，預(yù)置控制端=0，并且CP=CP↑時(shí)，Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0，實(shí)現(xiàn)同步預(yù)置數(shù)功能。

c：保持功能：

當(dāng)==1且CTP·CTT=0時(shí)，輸出Q3Q2Q1Q0保持不變。

d：異步清零功能：

當(dāng)復(fù)位端=0時(shí)，輸出Q3Q2Q1Q0全為零，實(shí)現(xiàn)異步清零功能（又稱復(fù)位功能）。

秒個(gè)位計(jì)數(shù)器

74LS161被接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其置數(shù)輸入端A、B、C、D（3腳4腳5腳6腳）接低電平，LD、EP、ET（9腳10腳7腳）接高電平，秒脈沖由CP（2腳）端輸入。計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD（14腳13腳12腳11腳）接譯碼電路CD4511的輸入端D、C、B、A。當(dāng)秒脈沖輸入時(shí)，電路狀態(tài)按二進(jìn)制自然序列依次遞增1，QA、QB、QC、QD輸出為0000、0001、0010、0011、0100、

0101、0110、0111、1000、1001，當(dāng)輸出為1010也就是10時(shí)，QA、QC輸出都為1，經(jīng)過一個(gè)與非門后一路經(jīng)反相后送入或非門的一個(gè)輸入端，輸出送往計(jì)數(shù)器的清零端RD使秒計(jì)數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入秒十位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。

秒十位計(jì)數(shù)器

在這里74LS161被接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，接法與秒個(gè)位計(jì)數(shù)器一致，秒個(gè)位計(jì)數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入秒使位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，使其按二進(jìn)制自然序依次遞增1，QA、QB、QC、QD端輸出為0000、0001、0010、0011、0100、0101，當(dāng)輸出為0110也就是6時(shí)，QB、QC輸出為1，QA、QD輸出為0，QB、QC經(jīng)過一個(gè)與非門后一路先送往秒十位計(jì)數(shù)器的清零端，然后取反接或非門的另一個(gè)輸入端后送入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的清零端，將整個(gè)秒計(jì)數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入分個(gè)位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。

分計(jì)數(shù)器的連接方法與秒計(jì)數(shù)器一致，分計(jì)數(shù)器向時(shí)計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖。秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成如下圖：

其程序代碼如下:

;定時(shí)中斷處理程序：

TIME:PUSHACC;保護(hù)現(xiàn)場PUSHPSW

MOVTL0,#0B4H;賦定時(shí)初值MOVTH0,#3CHINC20H;MOVA,20H

CJNEA,#20,RETI1

MOV20H,#00H;一秒鐘時(shí)間到MOVA,21HADDA,#01HDAA

MOV21H,A

CJNEA,#60H,RETI1

MOV21H,#00H;一分鐘時(shí)間到MOVA,22HADDA,#01HDAA

MOV22H,A

CJNEA,#60H,RETI1

MOV22H,#00H;一小時(shí)時(shí)間到

2．74LS161構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器

二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也是用兩個(gè)74LS161集成塊來實(shí)現(xiàn)的，方法與二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器大同小異，但其要求個(gè)位是十進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～1001間循環(huán)，十位是二進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～0010間循環(huán)，顯示為0~23時(shí)。

原理：

由分計(jì)數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器，電路在分進(jìn)位脈沖的作用下按二進(jìn)制自然序依次遞增1，當(dāng)計(jì)數(shù)到24，這時(shí)小時(shí)個(gè)位輸出0100（也就是4），小時(shí)十位輸出0010（也就是2），小時(shí)十位計(jì)數(shù)器只有QC端有輸出，小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器只有QB端有輸出，將QC、QB端接一個(gè)二輸入與非門，與非門輸出一路先送入十位計(jì)數(shù)器的清零端然后取反送入或非門的另一個(gè)輸入端，輸出接小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的清零端，其每10小時(shí)清零并向小時(shí)十位計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖，當(dāng)十位輸出為二，小時(shí)個(gè)位輸出為四時(shí)，將整個(gè)電路清零，另一路取反后作為星期進(jìn)位脈沖送入星期顯示電路的脈沖輸入端，完成24小時(shí)的顯示及向星期電路送星期進(jìn)位脈沖的功能。二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成如下圖：

3.2.3鬧鈴功能：一分鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。

其電路圖如下：本試驗(yàn)使用LED發(fā)光。

3.2.4日歷系統(tǒng)：星期顯示。

74LS48的內(nèi)部規(guī)律入圖所示

為顯示星期，本試驗(yàn)只用到前面的七中狀態(tài)，只要滿足，則可以正顯示從星期一到星期日。用74LS290做一個(gè)七進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，將時(shí)的十位的進(jìn)位脈沖接到顯示星期的74LS290的輸入脈沖就可以了。電路圖如下

數(shù)字鐘總電框圖如下圖所示：

試驗(yàn)內(nèi)容及步驟：

根據(jù)試驗(yàn)原理，將所需要的各部分做好，在將起接在一起就得到了所需的電路圖。

到整體上的顯示效果較好，不會(huì)有閃爍的現(xiàn)象產(chǎn)生。

4終止語

此次基于數(shù)字式電子鐘的設(shè)計(jì)與制作的獨(dú)特之處在于采用了動(dòng)態(tài)顯示的形式，將6個(gè)數(shù)碼管串聯(lián)起來，這一點(diǎn)與一般的電子鐘采用靜態(tài)顯示的方法不同，這樣的設(shè)計(jì)使得單片機(jī)的管腳得到了充分的利用，也使得本設(shè)計(jì)中的電路顯得小巧，省去了相應(yīng)的芯片，儉約了成本。本系統(tǒng)基本的實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘計(jì)時(shí)、顯示、鬧鐘及溫度和電壓測量及過欠壓頻率的測量。實(shí)際運(yùn)行效果良好，并可進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展。

致謝

通過為期兩周的課程設(shè)計(jì)，我順利完成了計(jì)算機(jī)組成原理課中基于流水技術(shù)構(gòu)成的模型機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)。在這次課程設(shè)計(jì)中，十分感謝課程設(shè)計(jì)老師陳沅濤老師的指導(dǎo)，在陳老師的身上學(xué)到的不僅僅是知識的層面，更重要的是他追求知識的熱心，還重要的是他對學(xué)生的尊重和關(guān)愛，卻又不失老師本身工作的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，他的工作作風(fēng)以及對生活的態(tài)度讓我受益匪淺。

我在課程設(shè)計(jì)中碰見的好多個(gè)人困難，陳老師都能給予很大的體諒與幫助。在設(shè)計(jì)中遇到的試驗(yàn)的客觀條件方面，陳老師都能給予最大力度的協(xié)助，讓我有更好的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境，在這里，同時(shí)感謝計(jì)算機(jī)05-1班的老師和同學(xué)所給予各方面的照料。在課程設(shè)計(jì)中遇見的課題中的好多技術(shù)問題，陳老師能給予認(rèn)真的指導(dǎo)，并培養(yǎng)我們獨(dú)立獨(dú)立的能力，讓我們對自學(xué)能力有了很高的提高，在各方面，