華北電力大學(xué)EDA數(shù)字時鐘實驗報告

課程設(shè)計報告(2013--2014年度第1學(xué)期)名稱：電子電工實習(xí)（EDA部分）院系：科技學(xué)院信息系班級：計算機11k1學(xué)號：111909010118學(xué)生姓名：曲強指導(dǎo)教師：張寧孫娜設(shè)計周數(shù)：分散1周成績：日期：2013年10月27日課程設(shè)計（綜合實驗）的目的與要求1、實驗?zāi)康?設(shè)計一個具有基本功能的電子鐘2、實驗要求（1）、在6位數(shù)碼管上按24小時進制顯示“時”“分”“秒”；（2）、有對“時”“分”“秒”的校時功能；（3）、具有正點報時功能。當(dāng)快到正點，即某點59分50秒時，電子鐘報時，蜂鳴器鳴叫，10秒后結(jié)束；二、設(shè)計實驗1、設(shè)計原理及其框圖 （1）數(shù)字鐘的構(gòu)成 數(shù)字鐘是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和蜂鳴器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。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。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(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”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”。“時計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到六段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED六段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。（2）、簡述74LS16374LS163芯片74LS163芯片使能清零脈沖4位二進制輸出2、設(shè)計思路 通過分析實驗要求得出：選用74LS163芯片共計6片，采用同步計數(shù)的方法來設(shè)計相關(guān)計時器（同一源輸入脈沖接至CLK，控制ENT使能端實現(xiàn)計數(shù)），秒位計時器與分位計時器均為60進制，時位計時器為24進制?？刂乞炞C當(dāng)數(shù)字電子鐘的輸出為59分50秒時，與一個本電路所用的源輸入脈沖信號，利用與門的特性輸出相應(yīng)的高低電平接通蜂鳴器實現(xiàn)整點報時。三、實驗具體設(shè)計1、秒位計時電路設(shè)計（60進制）秒低位計數(shù)用十進制計數(shù)器（74163改裝）計數(shù)，由脈沖信號觸發(fā)計數(shù)，9秒（秒低位輸出1001B）時，秒低位清零；秒高位計數(shù)用六進制計數(shù)器（74163改裝）計數(shù)，9秒時，秒高位芯片ENT輸入高電平，由此觸發(fā)計數(shù)，59秒（秒低位輸出1001B，秒高位輸出0101B）時，秒高位清零。如圖（1）所示圖（1）圖（1）秒位計時電路2、分位計時電路設(shè)計（60進制）圖（2）分位計時電路圖（2）分位計時電路3、時位計時電路設(shè)計（24進制）時低位計數(shù)用十（或四）進制計數(shù)器（74163改裝）計數(shù)，59分59秒時觸發(fā)計數(shù)，9時59分59秒（時低位輸出為1001B，分高位輸出為0101B，分低位輸出為1001B，秒高位輸出0101B，秒低位輸出1001B），或者23時59分59秒（時高位輸出為0010B，時低位輸出為0011B，分高位輸出為0101B，分低位輸出為1001B，秒高位輸出0101B，秒低位輸出1001B）時，時低位清零；時高位計數(shù)用三進制計數(shù)器（74163改裝）計數(shù)，9時59分59秒時，時高位芯片ENT輸入高電平，由此觸發(fā)計數(shù)，23時59分59秒時，時高位清零。如下圖（3）所示：圖（3）時位計時電路圖（3）時位計時電路4、整點報時電路控制驗證當(dāng)數(shù)字電子鐘的輸出為59分50秒時，與一個本電路所用的源輸入脈沖信號，利用與門的特性輸出相應(yīng)的高低電平接通蜂鳴器實現(xiàn)整點報時。如下圖（4）所示：圖（4）整點報時電路圖（4）整點報時電路5、實驗步驟（1）、軟件仿真：根據(jù)上述設(shè)計，使用QuartusII9.0進行相關(guān)原理圖的描繪、編譯和波形仿真，觀察數(shù)字電子時鐘是否邏輯有誤；（2）、硬件仿真：使用QuartusII9.0對所設(shè)計數(shù)字電子時鐘進行管腳分配與封裝（參照老師所給文檔，保護、數(shù)碼管選通電路、硬件連線與管腳配置等），下載到實驗板上進行硬件仿真，觀察數(shù)碼管顯示，在實驗板上進行操作驗證是否實現(xiàn)所設(shè)計功能。如不滿足實驗要求，需反復(fù)修改設(shè)計，直到滿足。四、實驗結(jié)果1、完成數(shù)字電子時鐘的設(shè)計，下載到實驗板上硬件仿真實現(xiàn)預(yù)期設(shè)計。利用QuartusII9.0進行仿真的波形如下圖（5）至圖（9）所示：圖（5圖（5）秒低位(secl)秒高位(sech)波形正確圖（6）分低位(minl)波形正確圖（6）分低位(minl)波形正確圖（7）分高位(minh)波形正確圖（7）分高位(minh)波形正確圖（8）時低位(hourl)波形正確圖（8）時低位(hourl)波形正確圖（9）時高位(hourh)波形正確圖（9）時高位(hourh)波形正確2、完成選做部分：電子鐘實現(xiàn)整點報時功能電路的設(shè)計，下載到實驗板上硬件仿真基本實現(xiàn)預(yù)期設(shè)計。3、問題分析及處理實驗開始，波形仿真時觀察到時鐘各位數(shù)字顯示不是按照0—9順序顯示的，而且有一定的跳變。經(jīng)分析是軟件設(shè)置中高低位對應(yīng)關(guān)系不正確，修改后部分位顯示正常；在1問題基礎(chǔ)上，繼續(xù)分析發(fā)現(xiàn)秒到分及分到時的進位邏輯有一定問題。修改后實現(xiàn)基本計時電路設(shè)計；硬件仿真時，起初整點報時僅有一聲長鳴，于是將59分50秒的輸出與上源輸入脈沖，實現(xiàn)了自59分50秒每秒一鳴；雖已基本達到設(shè)計初衷，但本次設(shè)計仍然不盡完備，在校位等功能上仍有待完善。五、課程設(shè)計總結(jié)或結(jié)論本次實驗基本達到預(yù)期目標(biāo)。通過本次實驗中綜合運用學(xué)過的數(shù)字電子、可編程邏輯器件等基本知識，培養(yǎng)了我獨立設(shè)計比較復(fù)雜的數(shù)字邏輯的能力。同時，我熟悉并初步掌握了使用EDA（電子設(shè)計自動化）工具設(shè)計數(shù)字邏輯的方法，還學(xué)會了使用QuartusII9.0軟件設(shè)計時鐘。包括設(shè)計輸入、編譯、軟件仿真、下載和硬件仿真等全過程。在實驗的過程中，由于思維受限，自己遇到了一系列問題，幸得各位實驗指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)與同學(xué)們的熱心幫助，實驗得以順利進行。設(shè)計是一個循序漸進的過程。電路的設(shè)計中，自己深切體會到了“欲速則不達”之理。起初，自己并未統(tǒng)籌全局，卻因部分基本模塊設(shè)計的較快而洋洋自得，卻忽視了綜合的優(yōu)化完善。一次，計時電路在編譯無誤后卻無法顯示正確的波形，認為自己邏輯無誤的我頓時產(chǎn)生了疑惑，在仔細觀察后，我發(fā)現(xiàn)了邏輯欠缺，在秒計時電路與分計時電路的連接處僅僅注意到了本部分的使能，而忽略了銜接。找出了錯誤，我靜下心來，先設(shè)計每一個功能模塊，用軟件仿真，調(diào)試每個功能模塊，以實現(xiàn)各種功能模塊的具體功能，再將各種功能模塊連接起來，調(diào)試總的系統(tǒng)，完成總體功能的實現(xiàn)。我的動手能力又有了進一步的提高，我感到十