基于QuartusII的数字时钟的设计
摘要
QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。
QuartusII使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性，加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。
数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒计时的装置，与机械实施中相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到了广泛的使用。
在对EDA的课程有了初步的了解并掌握Quartus II软件的初步应用之后，我们决定将课题设置为应用Quartus II软件，设计出一个时间可调，并可以通过LED七段共阴极数码管来显示时、分、秒的简易数字钟。
关键词：QuartusII；VHDL；EDA；数字钟
Summary
QuartusII is Altera company comprehensive PLD/FPGA development software, support principle diagram, VHDL, VerilogHDL and AHDL design input in the form of embedded own comprehensive device simulators, and can be done from the design input to the hardware configuration of the complete PLD design process.
QuartusII allow users to take full advantage of mature modules, simplifies the design complexity, speed up the design.Good support for third-party EDA tools also allow users to use in the different stages of the design process is familiar with
third-party EDA tools.
Digital clock is a kind of when using a digital circuit implementation, minutes and seconds timing device, a higher accuracy compared with the implementation of the mechanical and intuitive, and no mechanical device, has a longer service life, has been widely used.
In the course of EDA have a preliminary understanding and mastering the Quartus II software after the initial application, we decided to set the topic for the application of the Quartus II software, design a time is adjustable, and can be through the 7 common cathode LED digital tube display hours, minutes and seconds of simple digital clock.
Keywords：QuartusII；VHDL；EDA；digital clock
目录
摘要 (1)
绪论 (5)
1. 课程设计的目的与作用 (7)
2. 设计任务 (7)
3. QuartusII软件介绍 (7)
4. 相关理论 (8)
4.1 理论 (8)
4.2 器件 (8)
5. 系统设计 (8)
5.1 总体 (8)
5.2 各模块 (9)
5.2.1 顶层模块 (9)
5.2.2 十进制计数器模块 (9)
5.2.3 六进制计数器模块 (10)
5.2.4 二十四进制计数器模块 (10)
5.2.5 7段LED显示驱动模块 (11)
6. 硬件设计 (11)
6.1 顶层实体图 (11)
6.2 各模块实体图 (12)
6.2.1 十进制计数器模块 (12)
6.2.2 六进制计数器模块 (12)
6.2.3 二十四进制计数器模块 (13)
6.2.4 7段LED显示驱动模块 (13)
6.3 总体实体图 (14)
7. 流程图设计 (15)
8. 模块设计实现 (16)
8.1 建立顶层模块 (16)
8.1.1 新建dianzizhong.工程 (16)
8.1.2 建立VHDL源程序 (16)
8.2 建立十进制计数器模块 (18)
8.2.1 新建CNT10.工程 (18)
8.2.2 建立VHDL源程序 (18)
8.3 建立六进制计数器模块 (19)
8.3.1 新建CNT6.工程 (19)
8.3.2 建立VHDL源程序 (19)
8.4 建立二十四进制计数器模块 (20)
8.4.1 新建CNT24.工程 (20)
8.4.2 建立VHDL源程序 (20)
8.5 建立7段LED显示驱动模块 (21)
8.5.1 新建LED_DRIV.工程 (21)
8.5.2 建立VHDL源程序 (22)
9. 仿真调试结果分析 (22)
9.1 顶层模块的编译与波形仿真 (22)
9.2 十进制计数器模块的编译与波形仿真 (23)
9.3 六进制计数器模块的编译与波形仿真 (24)
9.4 二十四进制计数器模块的编译与波形仿真 (25)
9.5 7段LED显示驱动模块的编译与波形仿真 (26)
10.结论 (27)
11. 设计总结和体会 (27)
12.致谢 (28)
13.参考文献 (29)
绪论
1.研究的意义
在快速发展的年代，时间对于人们来说越来越宝贵，在快节奏的生活中，人们往往会忘记了时间，一旦在一些重要的场合忘记了时间，将会带来重大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒忙碌的人，数字钟无疑是一个极佳的选择。
数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒计时的装置，与机械实施中相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到了广泛的使用。数字钟已成为人们日常生活中不可缺少的生活必需品，广泛的应用于家庭以及车站、码头、剧场办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。
2.国内外研究现状
数字钟一般由振荡器，分频器，译码器，显示器等部分组成，这些都是数字电路中最基本的，应用最广的电路。当前市场上已有现成数字钟集成电路芯片出售，价格较便宜由于数字集成电路技术的发展，采用了先进稳定的石英振荡技术，是数字钟具有走时准确，性能稳定，携带方便等特点，是目前人们生活和工作不可或缺的报时用品。
然而，近些年来，随着科技的发展和进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的简易的功能单一的数字钟已不能满足人们的需求。新出现的多功能时钟不管在性能上还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。而且在功能方面，也大大地扩展了钟表原先的报时功能。研制出了具有诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能的数字时钟，给人们带来了极大的便利。
3.研究思路和方法
本学期，我们学习了EDA的课程，开始掌握Quartus II软件的初步应用。因此，本组成员决定从数字钟这一项目进行展开，应用Quartus II软件，设计出一个时间可调，并可以通过LED七段共阴极数码管来显示时、分、秒的简易数字钟。
设计与实践部分
基于QuartusII的数字时钟的设计1.课程设计的目的与作用
（1）掌握基于FPGA的数字模块开发方法；
（2）掌握QuartusII软件的使用方法；
（3）假设外部输入脉冲为1Hz，使用该频率设计一个时间可调，并通过LED七段共阴极数码管能够显示时、分、秒的数字钟。
2.设计任务
本次课程设计的任务是利用所学的EDA的理论知识作为分析设计指导，查阅资料书籍，设计出基于QuartusII的数字时钟，并对其用QuartusII软件仿真所设计的程序，并将仿真结果与之前的理论分析计算出的结果进行比较，若无差别，则可认为程序设计合理；若有差别，检查设计程序并做相应的修改，直至理论分析结果与实际仿真结果相同，完成课程设计的设计报告并进行答辩。
3.QuartusII软件介绍
QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。
QuartusII使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性，加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。
QuartusII提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL 完成电路描述，并将其保存为设计实体文件。
此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。
Maxplus II 作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Altera已经停止了对Maxplus II 的更新支持，Quartus II 与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。Altera在Quartus II 中包含了许多诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了Maxplus II 友好的图形界面及简便
的使用方法。
Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。
4. 相关理论
4.1 设计理论及原理
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。本次设计的数字钟在设计时，先对1s的时钟进行计数，当计数达到60次时，输出一个分钟（min）脉冲；当1min的时钟计数达到60次时，输出1个小时（h）脉冲；若1h的时钟计数达到23次时，并且1min的技术达到59次、1s 的计数也达到59次，再来1个1s的脉冲，数字钟就自己复位，重新从零开始计时。
因此，综上所述，若要完成以上设计，数字钟需由3个计数模块（二十四进制计数器、十进制计数器和六进制计数器）、7段LED驱动显示模块和顶层模块构成。将这些模块进行有机的连接即可实现设计任务。
4.2 器件
INPUT、OUPUT、CNT6、CNT10、CNT24、LED_DRIV
5. 系统设计
5.1 总体
数字时钟总体shuzizhong.vwf设计连接后的原理图如下所示
图5.1 数字钟总体原理图
5.2 各模块
5.2.1 顶层模块
顶层模块dianzizhong.vwf设计、连接、封装后的原理图如下所示
图5.2.1顶层模块原理图
5.2.2 十进制计数器模块
十进制计数器模块CNT10.vwf设计、连接、封装后的原理图如下
图5.2.2 十进制计数器原理图
5.2.3 六进制计数器模块
六进制计数器模块CNT6.vwf设计、连接、封装后的原理图如下
图5.2.3 六进制计数器原理图
5.2.4 二十四进制计数器模块
二十四进制计数器模块CNT24.vwf设计、连接、封装后的原理图如下
图5.2.4 二十四进制计数器原理图
5.2.5 7段LED显示驱动模块
7段LED显示驱动模块LED_DRIV.vwf设计、连接、封装后的原理图如下
图5.2.5 7段LED显示驱动模块原理图
6. 硬件设计
6.1 总体实体图
图6.1 数字钟总体实体图
6.2 各模块实体图
6.2.1 十进制计数器模块
十进制计数器模块的实体图如下图所示
图6.2.1 十进制计数器实体图6.2.2 六进制计数器模块
六进制计数器模块的实体图如下图所示
图6.2.2 六进制计数器实体图6.2.3 二十四进制计数器模块
二十四进制计数器模块的实体图如下图所示
图6.2.3 二十四进制计数器实体图6.2.4 7段LED显示驱动模块
7段LED显示驱动模块的实体图如下图所示
图6.2.5 7段LED显示驱动模块实体图6.3 总体实体图
总体电路的实体图如下图所示
图6.3 总体实体图7. 流程图设计
图7 数字钟设计的流程图
8. 模块设计实现
8.1 建立顶层模块
8.1.1 新建dianzizhong.工程
运行QuartusII软件，执行菜单命令“File” →“New Project Wizard”，在弹出的“New Project Wizard”对话框里选择项目和文件的保存路径→输入项目名称及文件名称dianzizhong
执行菜单命令“File” →“New”，在“New”对话框的“Design File”项中选择“VHDL File” →单击“OK”按钮→在VHDL程序编辑窗口中输入顶层模块VHDL 程序→保存为“dianzizhong.vhd”。
8.1.2 建立VHDL源程序
顶层模块程序的实体中应定义时钟脉冲输入端（CLK）、设置时间使能端（SET）、时间调整输入端（包括时、分、秒的高位和低位）、时钟数据显示输出端（包括时、分、秒的高位和低位）。
由于十进制计数模块和六进制计数模块会产生技术溢出信号（CARRY_OUT）,而这些溢出信号有可能作为下一计数模块的时钟输入脉冲（CLK），因此在顶层模块程序的结构体中需要定义相应的暂存计数溢出信号（CARRY1~CARRY4）。3个计数模块的输出将为4位，这些4位输出的数据作为LED驱动模块的显示内容，所以也需定义一些4位输出信号。顶层模块程序编写如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY dianzizhong IS
PORT(CLK:IN STD_LOGIC;
SET:IN STD_LOGIC;
DIN_S_L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DIN_S_H:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DIN_M_L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DIN_M_H:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DIN_H_L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DIN_H_H:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CQ_S_L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
CQ_S_H:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
CQ_M_L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
CQ_M_H:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
CQ_H_L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
CQ_H_H:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)
);
END dianzizhong;
ARCHITECTURE ART OF dianzizhong IS
COMPONENT CNT10
PORT( CLK:IN STD_LOGIC;
SET:IN STD_LOGIC;
DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CQ:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC);
END COMPONENT CNT10;
COMPONENT CNT6
PORT( CLK:IN STD_LOGIC;
SET:IN STD_LOGIC;
DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CQ:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC);
END COMPONENT CNT6;
COMPONENT CNT24
PORT( CLK:IN STD_LOGIC;
SET:IN STD_LOGIC;
DIN_H:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DIN_L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CQ_H:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CQ_L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));
END COMPONENT CNT24;
COMPONENT LED_DRIV IS
PORT(DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)
);
END COMPONENT LED_DRIV;
SIGNAL CARRY1:STD_LOGIC;
SIGNAL CARRY2:STD_LOGIC;
SIGNAL CARRY3:STD_LOGIC;
SIGNAL CARRY4:STD_LOGIC;
SIGNAL CQI_S_L:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL CQI_S_H:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL CQI_M_L:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL CQI_M_H:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL CQI_H_L:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL CQI_H_H:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN
U0:CNT10 PORT MAP(CLK=>CLK,SET=>SET,DIN=>DIN_S_L, CQ=>CQI_S_L,CARRY_OUT=>CARRY1);
U2:CNT6 PORT MAP(CLK=>CARRY1,SET=>SET,DIN=>DIN_S_H,
CQ=>CQI_S_H,CARRY_OUT=>CARRY2);
U3:CNT10 PORT MAP(CLK=>CARRY2,SET=>SET,DIN=>DIN_M_L, CQ=>CQI_M_L,CARRY_OUT=>CARRY3);
U4:CNT6 PORT MAP(CLK=>CARRY3,SET=>SET,DIN=>DIN_M_H,
CQ=>CQI_M_H,CARRY_OUT=>CARRY4);
U5:CNT24 PORT MAP(CLK=>CARRY4,SET=>SET,DIN_H=>DIN_H_H, DIN_L=>DIN_H_L,CQ_H=>CQI_H_H,CQ_L=>CQI_H_L);
U6:LED_DRIV PORT MAP(DIN=>CQI_S_L,DOUT=>CQ_S_L);
U7:LED_DRIV PORT MAP(DIN=>CQI_S_H,DOUT=>CQ_S_H);
U8:LED_DRIV PORT MAP(DIN=>CQI_M_L,DOUT=>CQ_M_L);
U9:LED_DRIV PORT MAP(DIN=>CQI_M_H,DOUT=>CQ_M_H);
U10:LED_DRIV PORT MAP(DIN=>CQI_H_L,DOUT=>CQ_H_L);
U11:LED_DRIV PORT MAP(DIN=>CQI_H_H,DOUT=>CQ_H_H);
END ART;
8.2 建立十进制计数器模块
8.2.1 新建CNT10.工程
运行QuartusII软件，执行菜单命令“File” →“New Project Wizard”，在弹出的“New Project Wizard”对话框里选择项目和文件的保存路径→输入项目名称及文件名称CNT10。
执行菜单命令“File” →“New”，在“New”对话框的“Design File”项中选择“VHDL File” →单击“OK”按钮→在VHDL程序编辑窗口中输入顶层模块VHDL 程序→保存为“CNT10.vhd”。
8.2.2 建立VHDL源程序
使用VHDL编写程序时，在实体中应定义时钟脉冲输入端（CLK）、设置时间使能端（SET）、预置数据输入端（DIN）、计数脉冲输出端CQ和计数脉冲溢出端（CARRY_OUT）。十进制计数器模块程序编写如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY CNT10 IS
PORT( CLK:IN STD_LOGIC;
SET:IN STD_LOGIC;
DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CQ:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC);
END CNT10;
ARCHITECTURE ART OF CNT10 IS
SIGNAL CQI:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
PROCESS(CLK,SET,DIN)
BEGIN
IF SET='1'THEN
CQI<=DIN;
CARRY_OUT<='0';
ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN
IF CQI="1001" THEN
CQI<="0000";
CARRY_OUT<='1';
ELSE
CQI<=CQI+'1';
CARRY_OUT<='0';
END IF;
END IF;
END PROCESS;
CQ<=CQI;
END ART;
8.3 建立六进制计数器模块
8.3.1 新建CNT6.工程
运行QuartusII软件，执行菜单命令“File” →“New Project Wizard”，在弹出的“New Project Wizard”对话框里选择项目和文件的保存路径→输入项目名称及文件名称CNT6。
执行菜单命令“File” →“New”，在“New”对话框的“Design File”项中选择“VHDL File” →单击“OK”按钮→在VHDL程序编辑窗口中输入顶层模块VHDL 程序→保存为“CNT6.vhd”。
8.3.2 建立VHDL源程序
使用VHDL编写程序时，在实体中应定义时钟脉冲输入端（CLK）、设置时间使能端（SET）、预置数据输入端（DIN）、计数脉冲输出端CQ和计数脉冲溢出端（CARRY_OUT）。六进制计数器模块程序编写如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY CNT6 IS
PORT( CLK:IN STD_LOGIC;
SET:IN STD_LOGIC;
DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CQ:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC);
END CNT6;
ARCHITECTURE ART OF CNT6 IS
SIGNAL CQI:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
PROCESS(CLK,SET,DIN)
BEGIN
IF SET='1'THEN
CQI<=DIN;
CARRY_OUT<='0';
ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN
IF CQI="0101" THEN
CQI<="0000";
CARRY_OUT<='1';
ELSE
CQI<=CQI+'1';
CARRY_OUT<='0';
END IF;
END IF;
END PROCESS;
CQ<=CQI;
END ART;
8.4 建立二十四进制计数器模块
8.4.1 新建CNT24.工程
运行QuartusII软件，执行菜单命令“File” →“New Project Wizard”，在弹出的“New Project Wizard”对话框里选择项目和文件的保存路径→输入项目名称及文件名称CNT24。
执行菜单命令“File” →“New”，在“New”对话框的“Design File”项中选择“VHDL File” →单击“OK”按钮→在VHDL程序编辑窗口中输入顶层模块VHDL 程序→保存为“CNT24.vhd”。
8.4.2 建立VHDL源程序
使用VHDL编写程序时，在实体中应定义时钟脉冲输入端（CLK）、设置时间使能端（SET）、预置数据输入端（DIN_H,DIN_L）、计数脉冲输出端(CQ_H,CQ_L)。二十四进制计数器模块程序编写如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
课程设计题目名称：数字时钟 专业名称：电气工程及其自动化班级： ******** 学号： *******8 学生姓名： ******* 任课教师： *******
《电子技术课程设计》任务书
2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。 3．主要参考文献：⑴《电子技术课程设计指导》彭介华编，高等教育出版社，1997年10月 ⑵《数字电子技术》康华光编著高等教育出版社， 2001年 要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写。 4．课程设计工作进度计划： 序号起迄日期工作内容 初步设想和资料查询，原理图的绘画 1 2015.11.18-2015.12.21 仿真调试，元件参数测定，实物的拼接与测试 2 2015.12.21-2016.1.8 叙写设计报告，总结本次设计，论文提交 3 2016.1.8-2016.1.18 主指导教师日期：年月日
摘要 数字时钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。并且数字时钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。报告围绕此次数字钟的设计进行介绍、总结，包含了设计的步骤，前期的准备，装配的过程。在实装时，采用了74LS90进行计数，用CD4060产生秒脉冲，CD4511进行数码管转换显示，还要考虑电路的校时、校分，每块芯片各设计为几进制等等，最后实现了数字钟设计所要求的各项功能：时钟显示功能；快速校准时间的功能。 关键字：数字时钟校时CD4511
收稿日期:2007-06-04 第一作者 刘竹林 男 27岁 助教 用V HDL 实现数字时钟的设计 刘竹林 李晶骅 (十堰职业技术学院电子工程系,湖北十堰442000) 摘 要:以一款数字钟设计为例,较详细的介绍了如何用VHDL 语言设计数字电路,并给出了部分程序、仿真 波形图,并在MAX +plusII 中进行编译、仿真、下载。由此说明利用VHDL 开发数字电路的优点。 关键词:VHDL ;设计;数字钟;应用电路中图分类号:TN953 文献标识码:A 0 引言 VHDL 硬件描述语言在电子设计自动化(EDA )中扮演 着重要的角色,它的出现极大的改变了传统的设计方法、设 计过程乃至设计观念。由于采用了“自顶向下” (Top 2Down )的全新设计方法,使设计师们摆脱了大量的辅助设计工作, 而把精力集中于创造性的方案与概念构思上,用新的思路来发掘硬件设备的潜力,从而极大地提高了设计效率,缩短了产品的研制周期。 这种设计方法首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错,并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行验证。然后用综合优化工具生成具体门电路的网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这不仅有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,而且也减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次成功率。 1 用V HDL 设计一款数字钟 我们设计的数字时钟原理框图如图1。其基本功能划 分为:计数模块(包括秒、分、时)、译码模块、扫描显示控制模块。计数模块由两个60进制计数器和一个24进制计数器组成,分别对秒、分、小时进行计数,当计数到23点59分59秒的时候,即一天结束,计数器清零, 新的一天重新开始计数。 图1 数字时钟原理框图 秒计数器的计数时钟信号为1Hz 的标准信号,可以由系 统板上提供的4MHz 信号通过222分频得到。秒计数器的进位输出信号作为分钟计数器的计数信号,分钟计数器的进位输出信号又作为小时计数器的计数信号。设计一个同时显示时、分、秒6个数字的数字钟,则需要6个七段显示器。若同时点亮这6个七段显示器,则电路中会产生一个比较大的电流,很容易造成电路烧坏,我们通过扫描电路来解决这一问题,通过产生一个扫描信号CS (0)-CS (5)来控制6个七段显示器,依次点亮6个七段显示器,也就是每次只点亮一个七段显示器。只要扫描信号CS (0)-CS (5)的频率超过人的眼睛视觉暂留频率24Hz 以上,就可以达到尽管每次点亮单个七段显示器,却能具有6个同时显示的视觉效果,而且显示也不致闪烁抖动。 其中6位扫描信号一方面控制七段显示器依次点亮,一方面控制6选1选择器输出相应显示数字。 2 模块设计 2.1 VHDL 语言的基本结构 一个独立的设计实体通常包括:实体(EN TIT Y )、结构体(ARCHITECTURE )、配置(CONFIGURA TION )、包集合(PACKGE )、和库(L IBRAR Y )5个部分。其中实体用于描述所设计的系统的外部接口信号;构造体用于描述系统内部的结构和行为;建立输入和输出之间的关系;配置语句安装具体元件到实体—结构体对,可以被看作是设计的零件清单;包集合存放各个设计模块共享的数据类型、常数和子程序等;库是专门存放预编译程序包的地方。VHDL 程序设计基本结构如图2 。 图2 VHDL 程序设计基本结构 2.2 各模块的实现 2.2.1 计数模块(建立VHDL 语言的工程文件) 计数模块由两个60进制计数器和一个24进制计数器组成,分别对秒、分、小时进行计数。其VHDL 源程序相差不大由于篇幅有限,这里我们以秒模块的实现为例。程序如下: library ieee ; use ieee.std -logic -1164.all ;entity counter -60-bcd is 山西电子技术 2008年第1期 应用实践
数字电路电子时钟课程设计 整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路、整点报时电路组成。 其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时 进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路的信 号输入由晶振电路产生，并输入各电路 方案论证：方案一数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码 器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时 基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。 优点：数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械 式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 方案二秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。 实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74LS90构成。 优点：简单易懂，比较好调试。 1 设计原理数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。将标 准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被 送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通 过六位LED显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一
数字电子时钟毕业设 计 Revised on November 25, 2020
毕业设计（论文） 题目：多功能数字电子时钟 毕业时间：二O一二年七月 学生姓名：梁宇 指导教师：林喆 班级： 09电缆（1）班 2011 年 10月18日 摘要 数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。 振荡电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。 分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。 计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，24小时为1天的进制，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时，一天的进位信号。
译码显示：将“时”“分”“秒”显示出来。将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对应的进位数字字型。 由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。 为了使数字钟使用方便，在设计上使用了一个变压器和一个整流桥来实现数字钟电能的输入，使得可以方便地直接插入220V的交流电就可以正常地使用了。 关键词数字钟振荡计数校正报时 目录 1 设计目的 (4) 2 设计任务 (4) 设计指标 (4) 设计要求 (4) 3数字电子钟的组成和工作原理 (4) 数字钟的构成 (4) 原理分析 (4) 数字点钟的基本逻辑功能框图 (5) 4．数字钟的电路设计 (5) 电源电路的设计 (5) 秒信号发生器的设计 (6) 4.2.1方案一 (6) 4.2.2方案二 (6)
数字钟的设计与制作 一、设计指标 1. 显示时、分、秒。 2. 可以24小时制或12小时制。 3. 具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借 用电路中的时钟。 4. 具有正点报时功能，正点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。（选做） 5. 为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。 二、设计要求 1. 画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输 路径、方向和频率变化，并以文字对原理作辅助说明。 2. 设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。 3. 选择合适的元器件，并选择合适的输入信号和输出方式，在面包板上接线验证、调试各个功能模块的电路。在确 保电路正确性的同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。（也可选用Mutisim仿真） 4. 在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。 三、制作要求 自行在面包板上装配和调试电路，能根据原理、现象和测量的数据检查和发现问题，并加以解决。 四、设计报告要求 1. 格式要求（见附录1） 2. 内容要求 ①设计指标。 ②画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。 ③列出元器件清单，并画出管脚分配图和芯片引脚图。 ④画出各功能模块的电路图，加上原理说明（如2、5进制到10进制转换，10进制到6进制转换的原理，个位到 十位的进位信号选择和变换等）。 ⑥画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接应单独画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数 码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称）。 ⑦数字钟的运行结果和使用说明。 ⑧设计总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；设计过程中的心得体会；对课程设计的内容、方式等提出建议。 五、仪器与工具 1. 直流电源1台。 2. 四连面包板1块。 3. 数字示波器（每两人1台） 4. 万用表（每班2只）。 5. 镊子1把。 6. 线剥钳1把。 7. 斜口钳1把。
电子时钟课程设计_数电课程设计数字电子 时钟的实现 课程设计报告设计题目：数字电子时钟的设计与实现班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间： 摘要钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大的扩展了原先钟表的报时。诸如，定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制等，这些，都是以钟表数字化为基础的。功能数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒、计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。从原理上讲，数字钟是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 因此，此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟，而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法。通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。通过仿真过程也进一步学会了Multisim 7的使用方法与注意事项。
本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输 出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，定点报时。由于集 成电路技术的发展，，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、 性能稳定、维护方便等优点。 关键词：数字钟，组合逻辑电路，时序电路，集成电路目 录摘要 (1) 第1章概述 (3) 第2章课程设计任务及要求 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2设计要求 (4) 第3章系统设计 (6) 3.1方案论证 (6) 3.2系统设计 (6) 3.2.1 结构框图及说明 (6) 3.2.2 系统原理图及工作原理 (7) 3.3单元电路设计 (8) 3.3.1 单元电路工作原理 (8) 3.3.2 元件参数选择···································14 第 4章软件仿真 (15) 4.1仿真电路图 (15) 4.2仿真过程 (16)
电子技术课程设计 数字电子时钟的设计 摘要： 设计一个周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和报时功能的电子钟。本系统的设计电路由时钟译码显示电路模块、脉冲逻辑电路模块、时钟脉冲模块、整电报时模块、校时模
块等部分组成。计数器采用异步双十进制计数器74LS90，发生器使用石英振荡器，分频器4060CD及双D触发器74LS74D，整电报时电路用门电路及扬声器构成。 一、设计的任务与要求 电子技术课程设计的主要任务是通过解决一，两个实际问题，巩固和加深在“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。电子技术课程设计的主要内容包括理论设计、仿真实验、安装与调试及写出设计总结报告。衡量课程设计完成好坏的标准是：理论设计正确无误；产品工作稳定可靠，能达到所需要的性能指标。 本次课程设计的题目是“多功能数字电子钟电路设计”。要求学生运用数字电路，模拟电路等课程所学知识完成一个实际电子器件设计。 二、设计目的 1、让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统 的设计、安装、测试方法； 2、进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实 际问题的能力； 3、提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力； 4、培养书写综合实验报告的能力。
三、原理方框图如下 1、图中晶体振荡电路由石英32.768KHZ及集成芯。 2、图中分频器4060BD芯片及D触发器构成分频器。 3、计数器由二——五——十73LS90芯片构成。 4、图中DCD_HEX显示器用七段数码显示器且本身带有译码器。 5、图中校时电路和报时电路用门电路构成。 四、单元电路的设计和元器件的选择 1、十进制计数电路的设计 74LS90集成芯片是二—五—十进制计数器，所以将INB与QA 相连；R0（1）、R0（2）、R9(1)、R9（2）接地（低电平）；INA
目录 第一章绪论 ............................................................ 1.1选题背景.......................................................... 1.1.1 课题相关技术的发展............................................ 1.1.2 课题研究的必要性.............................................. 1.2课题研究的内容....................................................第二章 FPGA简介........................................................ 2.1FPGA概述.......................................................... 2.2FPGA基本结构...................................................... 2.3FPGA系统设计流程.................................................. 2.4FPGA开发编程原理.................................................. 2.5Q UARTUS II设计平台.................................................. 2.5.1 软件开发环境及基本流程........................................ 2.5.2 具体设计流程 (1) 第三章数字钟总体设计方案 (1) 3.1数字钟的构成 (1) 3.2数字钟的工作原理 (1) 3.3数字钟硬件电路设计 (1) 第四章单元电路设计 (1) 4.1分频模块电路设计 (1) 4.2校时控制模块电路设计 (1) 4.2.1 按键消抖 (1) 4.2.2 按键控制模块 (1) 4.3计数模块 (2) 4.4译码显示模块 (2)
- 数字电子技术课程设计报告 题目：数字钟的设计与制作 ： 专业：电气本一班 学号：姓名： 指导教师： 时间： - —
一、设计内容 数字钟设计 … 技术指标： （1）时间以24小时为周期； （2能够显示时,分,秒; （3）有校时功能,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间; (4)计时过程具有报时功能,当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时; (5)为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号. ~ 二、设计时间： 第十五、十六周 三、设计要求： （1）画出设计的电路原理图； $ (2) 选择好元器件及给出参数，在原理图中反应出来； （3）并用仿真软件进行模拟电路工作情况； （4）编写课程报告。
！ 摘要 数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。 振荡电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。 分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。 计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，24小时为1天的进制，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时，一天的进位信号。 译码显示：将“时”“分”“秒”显示出来。将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对应的进位数字字型。 由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。 } 为了使数字钟使用方便，在设计上使用了一个变压器和一个整流桥来实现数字钟电能的输入，使得可以方便地直接插入220V的交流电就可以正常地使用了。关键词数字钟振荡计数校正报时
数字电子技术基础课程设计报告 班级：姓名: 学号： 一、设计目的 1掌握专业基础知识的综合能力。 2完成设计电路的原理设计、故障排除。 3逐步建立电子系统的研发、设计能力，为毕业设计打好基础。 4让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法。 5进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 6培养书写综合实验报告的能力。 二、设计仪器 1 LM555CH 2 74LS161N 74LS160N 74LS290 3 74LS00 74LS08 4 电源电阻电容二极管接地等 三数字电子钟的基本功能及用途 现在数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性
能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，，因此在许多电子设备中被广泛使用。 电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。 多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。电路装置十分小巧,安装使用也方便。同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。 四设计原理及方框图 数字钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路，标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。由图可见：本数字钟电路主要由震荡器、、时分秒计数器、译码显示器构成。它们的工作原理是：由震荡器产生的高频脉冲信号作为数字钟的时间基准，送入秒计数
《数字逻辑》 课程设计报告 设计题目：数字电子钟 组员：冯燕升、吴永涛、卓小林、蔡卿指导老师：麦山 日期：2013/12/27
摘要数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，本次数字时钟电路设计采用GAL系列芯片来分别实现时、分、秒的24进制和60进制的循环电路，并支持手动校正的功能。 关键词数字电子钟；计数器；GAL 1设计任务及其工作原理 用集成电路设计一台能自动显示时、分、秒的数字电子钟，只要将开关置于手动位置，可分别对秒、分、时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。 1.1工作原理 本数字电子钟的设计是根据时、分、秒各个部分的的功能的不同，分别用GAL16V8D 设计成六十进制计数器，个位设计成十进制计数器，十位设计成六进制进制计数器（计数从00到59时清零并向前进位）。分部分的设计与秒部分的设计完全相同；用GAL22V10D设计时的个位，设计成二进制计数器，十位设计为四进制计数器，当时钟计数到23时59分59秒时，使计数器的小时部分清零，进而实现整体循环计时的功能。 2电路的组成 2.1 计数器部分：利用GAL22V10和GAL16V8D芯片分别组成二十四进制计数器和六十进制计数器，它们采用同步连接，利用外接标准脉冲信号进行计数。 2.2 显示部分：将三片GAL芯片对应的引脚分别接到实验箱上的七段共阴数码显示管上，根据脉冲的个数显示时间。 3.3 分频器：由于实验箱上提供的时钟脉冲的时间间隔太小，所以使用GAL16V8D和CD4040芯片设计一个分频器，使连续输出脉冲信号时间间隔为0.5s 3设计步骤及方法 3.1 分和秒部分的设计： 分和秒部分的设计是采用GAL16V8D芯片来设计的60进制计数器，具体设计如图1示：
学号20103010342 毕业设计说明书 设计题目多功能数字电子钟的设计 系部机械电子系 专业机电一体化 班级机电103 班 姓名关付玲 指导教师肖玉玲 2012年 10月 13日
摘要 摘要：数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555震荡器，74LS90及与非，异或等门集成芯片等。该电路具有计时，整点报时和校时的功能。在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求！ 关键词：计数器；译码显示器；校时电路；
Abstract Abstract:Digital clock is a "time", "Sub", "second" displays the organ in human visual mechanism. Its time for a period of 24 hours, show full scale 23:59 for 59 seconds. A basic digital clock circuits consists of second signal generator, "hours, minutes, seconds," counters, decoders and display components. Because of its pure digital hardware design, compared with the traditional mechanical watch, it has left, presents an intuitive, non-mechanical transmission device and so on. This digital clock used in the design of digital circuits on the "time" and "min", "second" display and adjustment. Through the use of integrated digital chip circuit structures to achieve appropriate functionality. Specific use of 555 oscillator, 74LS90 and non-, exclusive-or gate integrated circuits and so on. The circuits with timing, the whole point of time and error correction capabilities. In the analysis of the entire module and overall circuit diagram is painted, simulation to emulation and modules record the observed results. Experimental proof of the design circuit can basically meet the design requirement! Key words：Counter ,ten decoding display , citcuit Shool
数字电子技术课程设计报告 题目：数字钟的设计与制作 学年：03－04 学期：短学期 专业：通信技术班级： 022 学号：姓名：金雪 指导教师及职称：钱裕禄 讲师 时间：2004年6月25日—2004年7月9日浙江万里学院电子信息学院
一、设计目的 1.熟悉集成电路的引脚安排。 2.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 3.了解面包板结构及其接线方法。 4.了解数字钟的组成及工作原理。 5.熟悉数字钟的设计与制作。 二、设计要求 1．设计指标 时间以24小时为一个周期； 显示时、分、秒； 有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时； 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。 2．设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试； PCB文件生成与打印输出。 3．制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 4．编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 三、设计原理及其框图 1．数字钟的构成 数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。图3-1所示为数字钟的一般构成框图。 图3-1 数字钟的组成框图
⑴晶体振荡器电路 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。 ⑵分频器电路 2）次分频后得到1Hz的方波分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（15 信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。 ⑶时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。 ⑷译码驱动电路 译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。 ⑸数码管 数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为ＬＥＤ数码管。 2．数字钟的工作原理 １）晶体振荡器电路 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。 图3-2所示电路通过ＣＭＯＳ非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个１８０度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。 晶体XTAL的频率选为32768H Z。该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。 从有关手册中，可查得C1、C2均为30pF。当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。 由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为10MΩ。较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。 非门电路可选74HC00。
数字电路课程设计--数字时钟
《数字时钟》技术报告 概要 数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。 本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555震荡器，74LS90及与非，异或等门集成芯片等。该电路具有计时和校时的功能。 在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。 实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求！ 一、系统结构。 （1）功能。 此数字钟能显示“时、分、秒”的功能，它的计时周期是24小时，最大能显示23时59分59秒，并能对时间进行调整和校对，相对于机械式的手表其更为准确。 （2）系统框图。
译码器译码器译码器 时计数分计数秒计 校时电路 振荡器分频器 系统方框图 （3）系统组成。 1.秒发生器：由555芯片和RC组成的多谐振荡器，其555上3的输出频率由接入的电阻与电容决定。 2.校时模块：由74LS03中的4个与非门和相应的开关和电阻构成。 3.计数器：由74LS90中的与非门、JK触发器、或门构成相应芯片串接得到二十四、六十进制的计数器，再由74LS90与74LS08相连接而得到秒、分、时的进分别进位。 4.译码器：选用BCD锁存译码器4511，接受74LS90来的信
多功能数字钟的设计与实现一、实验目的 1．掌握数字钟的设计原理。 2．用微机实验平台实现数字钟。 3．分析比较微机实现的数字钟和其他方法实现的数字钟。 二、实验内容与要求 使用微机实验平台实现数字钟。 1．基本要求如下： 1) 24 小时制时间显示。 2) 3) 4)可以随时进行时间校对。 整点报时。 闹钟功能，要求设置起闹时间时，不影响时钟的正常走时。 2．提高要求 1) 2)校时时相应位闪烁。能够设置多个起闹点。 三、实验报告要求 1．设计目的和内容 2．总体设计 3．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 4．软件设计框图及程序清单 5．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、系统总体设计 根据设计要求，初步思路如下： 1）计时单元由定时/计数器8253的通道0 来实现。定时采用硬件计数和软件技术相结合的方式，即通过8253产生一定的定时时间，然后再利用软件进行计数，从而实现24小时制定时。8253定时时间到了之后产生中断信号，8253在中断服务程序中实现时、分、秒的累加。 2）时间显示采用实验平台上的6个LED数码管分别显示时、分、秒，采用动态扫描方式实现。 3）校时和闹铃定时通过键盘电路和单脉冲产生单元来输入。按键包括校时键、闹钟定时键、加1键和减1键等。
4） 报警声响用蜂鸣器产生，将蜂鸣器接到 8255 的一个端口，通过输出电平的高低来 控制蜂鸣器的发声。 系统硬件设计主要利用微机实验平台上的电路模块。硬件电路主要由键盘电路、 单脉冲产生单元、8253 定时计数器、8255 并行接口单元、8259 中断控制器、LED 显 示电路和蜂鸣器电路等等。系统的硬件电路设计框图如图 1 所示。 图 1 硬件电路框图 五、硬件设计 根据设计思路，硬件电路可通过实验平台上的一些功能模块电路组成，由于实验平台 上的各个功能模块已经设计好，用户在使用时只要设计模块间电路的连接，因此，硬件电 路的设计及实现相对简单。完整系统的硬件连接如图 2 所示。硬件电路由定时模块、按键 模块、数码管显示模块和蜂鸣器模块组成。 Q6 路 图 2 系统硬件电路图 微机系统 8253 8255 8259 数码管显示 电路 键盘电路 蜂鸣器电路 单脉冲发生 单元 单脉冲发 生单元 键盘电路 8255 PA0 PB0 PC 8253 OUT0 GATE0 Clk0 地址 CS1 译码 CS2 电路 CS3 CS4 数码管显示模块 8259 IRQ2 IRQ3 IRQ5 PC BUS 蜂鸣器 单脉冲发 生单元
单片机数字电子时钟毕业设计 分类号: 本科生毕业论文 2010 届 题目: 基于51的数字式时钟设计与实现 作者姓名: 冯龙华 学号: 2007110101 系(院)、专业: 计算机科学与技术系 计算机科学与技术 指导教师姓名: 张波 指导教师职称: 讲师 2011年 4 月 25 日 基于51的数字式时钟设计与实现 目录 摘 要 ..................................................................... . (1) 前 言 ..................................................................... . (2)
概 论 ..................................................................... ................................. 错误～未定义书签。3 第一 章 ..................................................................... .. (3) 1.1概 述 ..................................................................... .. (3) 1.2 单片机的发展历 程 ..................................................................... ........................................... 3 1.3 时钟的特 性 ..................................................................... .................................................... 3 2 系统原理与硬件设 计 ..................................................................... . (4) 2.1 硬件选择...................................................................... . (4) 2.2 单片机的构 成 ..................................................................... ................................................. 4 2.3 STC89C52单片机的引脚说
湖北民族学院 课程设计报告 数字时钟设计与仿真 课程：电子线路课程设计 专业：电子信息科学与技术 班级： 0312409 学号： 031240910 学生姓名：谢加龙 指导教师：易金桥 2014年 06月 21日
信息工程学院课程设计任务书 2014-06-21
摘要 基于单片机AT89c51设计而成的简易数字电子时钟，其主要功能皆由对单片机编程即由软件完成，外围硬件电路只包括报时电路、键盘输入电路和显示电路三个模块。具有外围硬件电路简单、运行功能可靠的优点。 关键词：单片机时钟键盘输入显示
目录 1、系统设计要求 (1) 1.1 基本功能 (1) 1.2扩展功能 (1) 2、硬件设计 (2) 2.1系统设计方案选择 (2) 2.2系统原理框图 (2) 2.3各单元的功能描述 (2) 2.4电路连接图 (2) 2.5元器件清单列表 (2) 2.6所用芯片的管脚图 (2) 3、软件设计 (3) 3.1主程序的流程图 (3) 3.2键盘扫描程序流程图 (3) 3.3发声程序流程图 (3) 3.4总程序 (3) 4、调试 (4) 4.1仿真调试 (4) 4.2硬件调试 (4) 5、总结 (5) 参考文献 (6)
1、系统设计要求 1.1 基本功能 （1）、要求准确显示“时”、“分”、“秒”，24 小时制； （2）、具有整点报时功能，在每小时59 分51 秒、53 秒、55 秒、57 秒发出低音，59秒整发出高音； （3）、系统工作符合一般时钟要求。 1.2扩展功能： （1）、具有校时功能，用户可修改“时”、“分”，且互不影响； （2）、可切换12 小时制和24 小时制。
数字电子钟课程设计 一、设计任务与要求 (1)设计一个能显示时、分、秒的数字电子钟，显示时间从00: 00: 00到23: 59: 59; (2)设计的电路包括产生时钟信号，时、分、秒的计时电路和显示电路(3)电 路能实现校正 (5)整点报时 二、单元电路设计与参数计算 1. 振荡器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有 了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。 2. 分频器 由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲需要分频，本实验采用一片74LS90 和两片74LS160实现，得到需要的秒脉冲信号。
3. 计数器 秒脉冲信号经过计数器，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及 “时”个位、十位的计时。“秒” “分”计数器为六十进制，小时为二十四进制。 （1）六十进制计数 由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完 成一分钟之内秒数目的累加，并达到 60秒时产生一个进位信号。本作品选用一 片74LS161和一片74LS160采取同步置数的方式组成六十进制的计数器。 （2）二十四进制计数 “24翻1”小时计数器按照“ 00— 01—02,, 22—23— 00—01”规律计数。与生 活中计数规律相同。二十四进制计数同样选用74LS161和74LS160计数芯片。但 清零方式采用的是异步清零方式。 MMgM 加 EHagij Z 1 进位信号 脉冲
《电子线路课程设计报告》 系别：自动化 专业班级：自动化0803 学生姓名：冯刚 指导教师：朱定华 （课程设计时间：2010年05月31日——2010年06月12日） 华中科技大学武昌分校
目录 1．课程设计目的 (3) 2．课程设计题目描述和要求 (3) 3．课程设计报告内容.....................................................................3-9 3.1实验名称 (3) 3.2实验目的 (3) 3.3实验器材及主要器件 (3) 3.4数字电子钟基本原理 (4) 3.5数字电子钟单元电路设计、参数计算和器件选择..............................4-8 3.6数字电子钟电路图 (8) 3.7数字电子钟的组装与调试............................................................8-9 4．总结 (9) 参考文献 (10)
1．课程设计目的 ※掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法； ※进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；※提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力； ※培养书写综合实验报告的能力。 2．课程设计题目描述和要求 （1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（12小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟； （2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试； （3）画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告； （4）选做：整点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500Hz音频信号，在59分59秒时输出1000Hz信号，音频持续1s，在1000Hz荧屏结束时刻为整点。 3．课程设计报告内容 3.1实验名称 数字电子钟 3.2实验目的 ·掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法； ·熟悉集成电路的使用方法。 3.3实验器材及主要器件 （1）74LS48（6片）（2）74LS90（5片）（3）74LS191（1片）（4）74LS00（5片）（5）74LS04（3片）（6）74LS74（1片）（7）74LS2O（2片） （8）555集成芯片（1片） （9）共阴七段显示器（6片）（10）电阻、电容、导线等（若干）