EDA設(shè)計多功能數(shù)字鐘

EDA設(shè)計多功能數(shù)字鐘EDA設(shè)計多功能數(shù)字鐘/EDA設(shè)計多功能數(shù)字鐘摘要設(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、整點報時等功能。具體實現(xiàn)方法為：首先利用一個模48和兩個模1000的計數(shù)器將原始的48MHZ轉(zhuǎn)換成數(shù)字計時器所需的1HZ。然后利用1HZ作為時鐘，用兩個模60和一個模24計數(shù)器形成基本數(shù)字鐘?？焖傩r和校分只需利用適當?shù)呐c門和或門添加到相應(yīng)計時模塊的時鐘即可。至于整點報時，利用相應(yīng)的判別條件，再連入相應(yīng)的的頻率，最后送到蜂鳴器端口即可完成功能。對于附加功能鬧鐘和星期。鬧鐘的具體功能為可設(shè)置時間，可先清零后再重新設(shè)置，到點后以1KHZ鳴叫10秒，期間可關(guān)掉鬧鐘。具體實現(xiàn)方法為：將開關(guān)K5QUOTE作為鬧鐘的小時設(shè)定，開關(guān)K6作為鬧鐘的分鐘設(shè)定，均作為計數(shù)器的時鐘。當這兩個開關(guān)上下一次，小時和分鐘均增加1。然后再將鬧鐘的時間與數(shù)字鐘的時間相比較，當兩者完全相同時，蜂鳴器響起。對于星期的設(shè)置比較簡單，只需在數(shù)字鐘小時模塊后添加一個模8計數(shù)器，并在顯示模塊添加星期的相應(yīng)輸出即可。對于實驗調(diào)試所需注意的是：要對開關(guān)進行消顫，利用D觸發(fā)器，且添加的頻率不能太大。關(guān)鍵字：分頻、計數(shù)器、D觸發(fā)器AbstractDesignadigitaltimer,whichhasthetimingfunctioncountingfrom00:00:00to23:59:59,andcanalsomaintaintime、cleartime、rapidlyadjusttheminutes、rapidlyadjustthehoursandtimekeeping.Therealizingspecificmethodsareasfollows.First,useamold48andtwomode1000counterstoturntheoriginal48MHzintoadigitaltimerrequired1HZ.Second,takethe1HZastheclocktothebasicdigitalclockformationoftwomold60andamodulo24counters.UsetheappropriateANDandORgatesaddedtotheappropriatetimingmodulecanrealizerapidlyadjustingtheminutes.Asfortimekeeping,usingthecorrespondingdiscriminantconditions,connectingthemwiththecorrespondingfrequency,andsendingtothebuzzerportcancompletethefunction.Additionalfeaturesincludealarmclockandcountingdaysoftheweek.Thealarmclockcansetthetime,canbefirstclearedandthenreseted,cansoundfor10seconds,andintheperiodcanturnoffthealarm.Thespecificmethodis:takeK5astheswitchsettinghourandtakeK6astheswitchsettingminute,bothascounters’clock.Oncethesetwoswitchesupanddown,hourandminutearebothincrease1.Thencomparethealarmtimewiththetimeofthedigitalclock.Whentheyarethesame,thebuzzerstartsounding.Settingtheweekisrelativelysimple,justaddingamodulo8counterbehinddigitalclockhourmoduleandaddingthecorrespondingoutputtothedisplaymodule.

Forthedebugexperiments,usetheDflip-floptoeliminatechatterandthefrequencyaddedcannotbetoomuch.Keywords：frequencyconverteion、counter、Dflip-flop目錄一.設(shè)計要求 3二.方案論證 4三.各子模塊設(shè)計原理 63.1脈沖發(fā)生電路 63.2計時電路 83.3譯碼顯示電路 113.4整點報時電路 123.5保持電路 133.6清零電路 143.7校分、校時電路 143.8鬧鐘電路 153.9星期電路 20四.下載調(diào)試 20五.結(jié)論 21六.實驗感想 21參考文獻 24附錄 24多功能數(shù)字鐘一、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、整點報時等功能?；疽螅?、能進行正常的時、分、秒計時功能；2、分別由六個數(shù)碼管顯示時分秒的計時；3、K1是系統(tǒng)的使能開關(guān)（K1=0正常工作，K1=1時鐘保持不變）；4、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）；5、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）；6、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)計提高部分要求：1、使時鐘具有整點報時功能（當時鐘計到59’53”時開始報時，在59’53”,59’55”,59’57”時報時頻率為512Hz,59’59”時報時頻率為1KHz,）；2、鬧表設(shè)定功能；3、自己添加其他功能。開關(guān)的功能匯總?cè)缦拢罕?開關(guān)標號功能K1（K11）系統(tǒng)保持開關(guān)K2（K22）系統(tǒng)清零開關(guān)K3（K33）系統(tǒng)校分開關(guān)K4（K44）系統(tǒng)校時開關(guān)K5（K5）鬧鐘模塊定時小時位K6（K6）鬧鐘模塊定時分鐘位K7（K7）鬧鐘使用開關(guān)K8（K8）鬧鐘時間設(shè)置清零開關(guān)注：（）內(nèi)為電路中的開關(guān)表示符號二、方案論證1.脈沖發(fā)生電路，產(chǎn)生所需要的所有頻率。由于實驗板上提供的是48MHz的脈沖信號，因此要得到計時脈沖1Hz，要經(jīng)過多次分頻。分頻順序為：48MHz→1MHz→1kHz→1Hz，主要使用74160和74161。2.計時電路由計數(shù)器組成，秒位分位為模60的計數(shù)器，時位是模24的計數(shù)器，星期是模8計數(shù)器，秒個位由脈沖發(fā)生電路提供的1HZ作為時鐘。3. 顯示譯碼電路。計時電路與動態(tài)譯碼顯示電路相連，將時間顯示在七個七段數(shù)碼管上。動態(tài)譯碼顯示電路是由數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、顯示譯碼器和數(shù)碼管組成的。每一時刻只有一個數(shù)碼管顯示，但由于頻率比較大，就實現(xiàn)了動態(tài)顯示。4.保持電路。利用開關(guān)改變計時電路的時鐘1HZ的輸出。5.清零電路。將開關(guān)加入到各個計數(shù)模塊的清零端即可。6.校分、校時電路設(shè)計。用開關(guān)控制改變分鐘和時鐘的計數(shù)時鐘，當時鐘變?yōu)?HZ時，即可實現(xiàn)快速校分和校時。7. 整點報時電路。在59’53”、59’55”、59’57”時使用512HZ的頻率報時，59’59”時用1KHZ的頻率報時，只需將分秒的計數(shù)電路端分別引出報時點和相應(yīng)的頻率相與接到蜂鳴器上即可。8. 鬧鐘功能。將開關(guān)K5作為鬧鐘的小時設(shè)定，開關(guān)K6作為鬧鐘的分鐘設(shè)定，分別作為兩個計數(shù)器的時鐘。當這一個開關(guān)上下一次，對應(yīng)設(shè)定的小時或分鐘增加1。然后再將鬧鐘設(shè)定的時間與數(shù)字鐘的時間相比較，當兩者完全相同時，蜂鳴器響起。K7作為鬧鐘的開關(guān)，只有當時，鬧鐘才起作用。K8接在鬧鐘計數(shù)器清零端，即起到設(shè)定時間清零的作用。9.星期功能。在計時器的電路中加上星期計數(shù)模塊，并在顯示模塊中添加星期的數(shù)據(jù)。三、各子模塊設(shè)計原理1.脈沖發(fā)生電路(1)48MHZ→1MHZ如圖，因為74161為異步清零，所以表示48清零?？紤]到要使空占比相對大一些，不能僅取作為輸出信號，而取了和，使得空占比近似為。由此，兩個74161形成48分頻，產(chǎn)生1MHZ信號。仿真波形如下，可見是48分頻。(2)1MHZ→1HZ因為74160是模10計數(shù)器，因此三個74160形成千分頻。經(jīng)過兩個千分頻即可產(chǎn)生1HZ信號。(K11作為保持開關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真波形如下(兩個千分頻原理一樣，因此僅仿真一個)：取一個周期，顯示：因為時鐘周期為10ns，因此可以看出為千分頻。2.計時電路計時電路分為秒、分和小時(1)秒計時以上為模60計數(shù)器，第一個74160的時鐘信號是由脈沖信號電路產(chǎn)生的1HZ。秒的十位由和作為判別條件異步清零，即遇6清零。由一個模10和一個模6形成模60。(K22作為清零開關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真如下圖：時鐘周期10ns，可見為模60。(2)分計時以上為模60計數(shù)器，原理同秒計數(shù)器。但這里的第一個74160的時鐘不是1HZ,而是由、、和組合作為時鐘信號，使得分鐘個位每60秒計一次數(shù)。(K22作為清零開關(guān)和K33作為校分開關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真如下圖：時鐘周期10ns，可見為模60。(3)小時計時以上為模24計數(shù)器，即和作為小時計數(shù)器的清零信號。而、、和作為小時計數(shù)模塊的時鐘信號，即每60分記一次數(shù)。(K22作為清零開關(guān)和K44作為校時開關(guān)暫不考慮，作0處理)仿真如下圖：可見每到23清零。3.譯碼顯示電路74151為數(shù)據(jù)選擇器，輸出的數(shù)據(jù)由P[0]~P[2]由決定，而P[0]~P[2]是74161計數(shù)器的低三位輸出，因此每八個循環(huán)一次，所以數(shù)據(jù)D[0]~D[5]循環(huán)輸即秒、分和時循環(huán)輸出，最后通過7447轉(zhuǎn)換成數(shù)碼顯示管顯示。注：為1KHZ。(XQ[0]~XQ[3]作為星期暫不考慮)4.整點報時電路以上為整點報時與頻率的組合，其中59分作為必要條件均加入兩種頻率電路中.再來看秒，秒十位必須為5，因此SQ[4]*SQ[6]加入兩種頻率電路。最后再看秒個位,9直接用SQ[0]*SQ[3]表示，而3,5和7用SQ[0]*(SQ[1]+SQ[2])*表示。仿真如下圖：其中1HZ,51HZ和1KHZ均只給了一個任意的周期。由圖可以看出，時鐘計到59’53”時開始報時，在59’53”,59’55”,59’57”時報時頻率為512Hz,59’59”時報時頻率為1KHz。5.保持(開關(guān)：K11)由電路圖可得，當時，正常得到1HZ，而當時，輸出不再為1HZ,而是恒為高電平。又1HZ是作為數(shù)字鐘的時鐘信號，所以當恒為高電平時不再計數(shù)，即時間保持不變。6.清零以上為秒清零電路圖，當時，秒個位和秒十位的清零端均可得到0信號，即可清零。分和時清零同理。7.校分、校時(校分開關(guān)：K33；校時開關(guān)：K44)(1)校分由上圖可得：時，對分正常工作無影響。而當時，分不在是以每60秒計一次數(shù)，而是以1HZ作為分鐘的時鐘進行計數(shù)。(2)校時同理，時，對小時正常工作無影響。而當時，以1HZ作為小時的時鐘進行計數(shù)。8.鬧鐘鬧鐘功能的具體實現(xiàn)方法為：將開關(guān)K5作為鬧鐘的小時設(shè)定，開關(guān)K6作為鬧鐘的分鐘設(shè)定，分別作為兩個計數(shù)器的時鐘。當這一個開關(guān)上下一次，對應(yīng)設(shè)定的小時或分鐘增加1。然后再將鬧鐘設(shè)定的時間與數(shù)字鐘的時間相比較，當兩者完全相同時，蜂鳴器響起。K7作為鬧鐘的開關(guān)，只有當時，鬧鐘才起作用。K8接在鬧鐘計數(shù)器清零端，即起到設(shè)定時間清零的作用。仿真：如上圖，設(shè)定1小時3分時鬧鐘響。鬧鐘響應(yīng)的情況如下：注：以上示圖蜂鳴器除在鬧鐘時刻響，還在整點報時。在蜂鳴器響處放大為可見在1小時3分時鳴叫。9.星期星期部分類似之前的秒、分和時的計數(shù)，利用一個74160作為模8計數(shù)器，其工作時鐘取小時部分的MQ[0]*MQ[3]*MQ[4]*MQ[6]，即每24小時計一次數(shù)。星期部分也可清零、保持，但不能校日。仿真如下圖：可見每到星期日清零。四、下載調(diào)試將設(shè)計好的電路下載，發(fā)現(xiàn)分計數(shù)不穩(wěn)定每當達到39就清零，但檢查邏輯電路沒有錯誤。咨詢后找到的原因是分頻不穩(wěn)定。然后試驗了開關(guān)的功能，功能都對，但是在撥動開關(guān)的過程中，顯示數(shù)字突變，于是加入了消顫，如下圖：加入消顫后，開關(guān)再撥動，示數(shù)均正常，而且之前的分鐘計數(shù)不穩(wěn)定也解決了。但當加入附加功能后，計數(shù)又