多功能数字钟实验报告材料
- 格式:doc
- 大小:509.37 KB
- 文档页数:11
华中科技大学《电子线路设计、测试与实验》实验报告实验名称: 多功能数字钟设计院(系): 自动化学院专业班级:实验成绩:****: ***2014 年6 月11 日一、实验目的1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术, 设计输入、编译、仿真和器件编程;2.熟悉EDA软件使用;3.掌握Verilog HDL设计方法;4.分模块、分层次数字系统设计二、实验器材QUARTUS II软件PC DEO实验板三、实验要求1.能显示小时、分钟、秒钟(小时以24进制,时、分用显示器, 秒用LED)2.能调整小时、分钟的时间3.复位四、实验原理五、程序设计过程数字钟由2个60进制计数器和1个24进制计数器和4个译码器共7个模块构成,3个计数器公用一个时钟信号CP。
2个选择器分别用于选择分计数器和时计数器的使能控制信号,对时间进行校正时,在控制器的作用下,使能信号接高电平,此时每来一个时钟信号,计数器加一计数,从而实现对小时和分钟的校正.正常计时时,使能信号来自低位计数器的输出,即秒计数器达到59秒时,产生输出信号使分计数器加1,分秒计数器同时计到最大值时即59分59秒时,产生输出信号使小时计数器加一。
1.顶层模块:module clock (led0, led1, led2, led3, led_sec, _50mhzin, adjminkey, adjhrkey, ncr, h12, hour12);input _50mhzin;input adjminkey, adjhrkey;input h12;input ncr;output [6:0]led0, led1, led2, led3;wire [7:0] led_a, led_b;wire _1hz, _1khz, _5hz;wire [7:0] hour, minute, second, set_hr, set_min;output hour12;wire h12;output [7:0]led_sec;assign hour12 = h12;divided_frequency u0(_1hz,ncr,_50mhzin);top_clock u1(hour, minute, second, _1hz, ncr, adjminkey, adjhrkey, _50mhzin);display u2(_50mhzin, _5hz, ncr, led_a, led_b, led_sec, hour, minute, second,h12);SEG7_LUT u3(led_a[7:4], led3);SEG7_LUT u4(led_a[3:0], led2);SEG7_LUT u5(led_b[7:4], led1);SEG7_LUT u6(led_b[3:0], led0);endmodule2.分频模块:module divided_frequency(_1hzout,ncr,_50mhzin);input _50mhzin, ncr;output _1hzout;supply1 vdd;wire[11:0] q;wire _1khzin;wire en1, en2;divfreq50M_1Khz du00(_1khzin, ncr, _50mhzin);//先调用1khz分频counter10 du0(q[3:0], ncr, vdd, _1khzin);counter10 du1(q[7:4], ncr, en1, _1khzin);counter10 du2(q[11:8], ncr, en2, _1khzin);//再调用三个10计数器,将1khz分为1hzassign en1=(q[3:0] == 4'h9);assign en2=(q[7:4] == 4'h9) && (q[3:0] == 4'h9);assign _1hzout = q[11];assign _500hzout = q[0];endmodule3.时钟运行模块module top_clock(hour, minute, second, _1hz, ncr, adjminkey, adjhrkey, _50mhzin);input _1hz, _50mhzin, ncr, adjminkey, adjhrkey;output [7:0] hour, minute, second;wire [7:0] hour, minute, second;//时、分、秒每个用八位二进制表示两位BCD 码supply1 vdd; //高电平, 是使能一直打开wire mincp, hrcp, _5hz;//_5hz用于快速校时divfreq50M_5hz ut0(_5hz, ncr, _50mhzin);counter60 ut1(second, ncr, vdd, _1hz);counter60 ut2(minute, ncr, vdd, ~mincp);//秒和分使用60进制counter24 ut3(hour[7:4], hour[3:0], ncr, vdd, ~hrcp);//时钟为24进制(默认)assign mincp = adjminkey ? _5hz : (second==8'h59);assign hrcp = adjhrkey? _5hz : ({minute,second}==16'h5959);//进位或校时使能控制endmodule4.显示模块:module display(_50mhz,_5hz,cr,led_a,led_b,led_sec,hour,minute,second,h12);input [7:0]hour,minute,second;//时分秒input _50mhz,cr,_5hz;output [7:0]led_a,led_b,led_sec;//数码管显示缓存input h12;//12,24小时制切换reg [7:0]led_a,led_b,led_sec;reg [2:0]mod;//模式变量always@(posedge _50mhz)beginled_b=minute;led_sec=second;//模式0,显示时分秒if(~h12)beginled_a=hour;led_b=minute;led_sec=second;endelsebegincase(hour)8'h13,8'h14,8'h15,8'h16,8'h17,8'h18,8'h19,8'h22,8'h23,8'h24:led_a=hour-8'h12;8'h20:led_a=8'h08;8'h21:led_a=8'h09;default:led_a=hour;endcaseend//12/24小时切换,24到12,相应BCD码减endendmodule5.数码管操作模块module SEG7_LUT (iDIG,oSEG);input [3:0] iDIG;output [6:0] oSEG;reg [6:0] oSEG;always @(iDIG)begincase(iDIG)4'h1: oSEG = 7'b1111001; // ---t----4'h2: oSEG = 7'b0100100; // | |4'h3: oSEG = 7'b0110000; // lt rt4'h4: oSEG = 7'b0011001; // | |4'h5: oSEG = 7'b0010010; // ---m----4'h6: oSEG = 7'b0000010; // | |4'h7: oSEG = 7'b1111000; // lb rb4'h8: oSEG = 7'b0000000; // | |4'h9: oSEG = 7'b0010000; // ---b----4'ha: oSEG = 7'b0001000;4'hb: oSEG = 7'b0000011;4'hc: oSEG = 7'b1000110;4'hd: oSEG = 7'b0100001;4'he: oSEG = 7'b0000110;4'hf: oSEG = 7'b0001110;4'h0: oSEG = 7'b1000000;endcaseendendmodule六、功能仿真1.六进制2.十进制3.六十进制(分了几张图截图)4.24进制5.异步清零仿真6.正常计时仿真秒计时●分计时●小时计时23:59:59秒返07 手动校小时和分钟仿真ADJHrKey 与AdjMinKey均为高电平有效,七、思考题1.什么是分层次的电路设计方法?叙述分层次设计电路的基本过程.答: 在电路设计中,可以将两个或者多个模块组合起来描述电路逻辑功能,通常称为分层次的电路设计.自顶而下和自底而上是两种常用的设计方法.在自顶而下的设计中,先定义顶层模块,然后再定义顶层模块中用到的子模块.而在自底而上的设计中,底层的各个子模块首先被确定下来,然后将这些子模块组合起来构成顶层模块.2.在用MAX+PLUS II 软件设计数字钟电路时,简述对60进制计数器进行仿真分析的大致过程.若仿真时栅格的大小(GRID SIZE)为0.5ms,设置CP信号时倍率(Multiplied By)为软件默认值1,那么仿真文件的时间至少需要多长才能完整反映计数过程?答: 至少要0.5ms * 60 = 30ms八、试验中遇到的问题与解决办法这次实验主要是Verilog代码的编写和仿真, 在波形的仿真过程中, 有许多操作并不清楚, 尤其是部分功能的波形仿真输出和如何手动调整时钟的波形仿真, 虽然最后有同学帮忙, 但是最后还是操作得很不熟练。
多功能电子时钟数字系统课程设计设计实验报告数字系统课程设计设计实验报告———多功能电子时钟目录一、电子时钟的功能及工作介绍 01、本设计电子时钟具有的功能 02、本设计电子时钟工作介绍 0二、设计思路 0三、各模块具体介绍 (1)计数器模块: (1)控制模块: (3)四、仿真 (6)五、实验成果 (6)六、实验总结和感想 (6)1、实验错误排查和解决 (6)2、实验感想 (7)七、各模块代码 (8)1、计数器模块 (8)2、控制模块 (20)一、电子时钟的功能及工作介绍1、本设计电子时钟具有的功能1)具有显示时、分、秒的功能,能准确显示时间2)能够手动设置时间3)具有闹钟功能,可以设置闹钟的时间,然后再实际时间与设定时间相等是闹钟响,并有闹钟开关,可控制其是否响4)具有秒表功能,可以累计计时2、本设计电子时钟工作介绍此电子时钟开机后即会显示时间,其中后两位数码管显示秒,前两位数码管显示分,还可以通过拨盘开关S1来使得前两位数码管显示小时。
(开机后,按下按键1一次,会继续显示时间。
)此后,每按下按键1一次,会显示设置小时界面,按下按键1两次会显示设置分钟界面,按下按键1三次会显示闹钟设置小时界面,按下按键1四次会显示闹钟设置分钟界面,按下按键1五次会显示秒表界面。
而在每一个界面,按下按键2相应的位会开始跳动,在按下按键2时,跳动停止,此时按下按键3,即确认键,则会返回时间显示状态。
二、设计思路设计一个电子时钟,必然要用到计时器,而需要设置时间和闹钟,又需要控制器来控制系统所处的状态。
我们采用外部一个按键来切换系统的状态,用另一个按键来调整时间和启动秒表,再有一个按键来确认操作,并返回显示状态,继续等待命令。
在控制器中,需要接受外部信号,并给出信号给计时器,使其做出相应的动作。
多功能数字钟设计实验报告一.已知条件Quartus II9.1软件DE0实验开发装置二.设计内容及要求用Verilog HDL设计一个多功能数字钟基本功能时、分用数码管显示;秒用LED显示;小时用同步12/24进制;分秒计数器用同步60进制;手动校时、校分。
扩展功能任意闹钟;(1分)小时为12/24可切换。
(1分)报正点数(几点钟LED闪烁几下)。
(1分)另外:十进制加/减可逆计数器设计(p286)。
(2分)三.仿真环境说明软件环境:Quartus II 9.1硬件环境:硬件平台DE0,FPGA芯片为Cyclone ⅢEP3C16F484本实验除时钟源、按键、拨动开关和显示器(数码管)之外的所有数字电路功能都是用VHDL 语言实现的。
这样设计具有体积小、设计周期短(设计过程中即可实现时序仿真)、调试方便、故障率低、修改升级容易等特点。
本设计采用自顶向下、混合输入方式(原理图输入——顶层文件连接和VHDL语言输入——各模块程序设计)实现数字钟的设计、下载和调试.四.系统框图与说明1.数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成。
2. 秒计数器计到59后,下一秒到来时,秒计时器满60,接着清零后向分计数器进位;同样分计数器计满60后向小时计数器进位;小时计数器按照“24进制”规律计数,每当小时计到23小时时,当分计数和秒计数分别59,59时,即到23小时59分,59秒时候,时分秒全部清零,从新开始计数。
小时计数器按照“12进制”规律计数,每当小时计到23小时时,当分计数和秒计数分别59,59时,即到12小时59分,59秒时候,时分秒全部清零,小时为1,从新开始计数。
3. 计数器的输出经译码器送显示器,显示器用,4个数码管表示,每两个数码管分别表示小时,分钟。
秒钟用8个LED管显示,各4位用8421码显示一位十进制秒数。
模块:1.counter60: 该模块为60进制计数器,计时输出为秒或分的数值.由3个输入端CP,nCR,EN控制该模块2. counter24: 该模块为24-12转换计数器,计时输出小时的数值. change12_24为1时进行24hour计数,为0时进行12hour计数3.led_clock:此模块为整点报时提供控制信号.4.trans: 它是七段译码器.该模块对应不同的片选信号送出不同的要显示的数码管的译码后的信号。
重庆交通大学开放性实验报告(A类)项目名称:多功能数字钟电路设计专业班级:电子2班学生姓名:***小组成员:何聪、范瑞目录多功能数字时钟设计 (3)摘要 (3)1.系统原理框图 (4)2.单元电路设计与仿真 (5)2.1时间脉冲产生电路 (5)2.2时间计数器电路 (6)2.3 十二与二十四小时的切换 (8)2.4校时电路 (8)2.5报时电路 (9)2.6电路总图 (9)3.PCB板的制作 (10)3.1 原理图的绘制 (10)3.2 PCB的制作 (11)3.3 PCB图 (12)4.心得与体会 (12)附录原件清单 (13)附件1 仿真电路图........................................... 错误!未定义书签。
附件2 电路原理图........................................... 错误!未定义书签。
附件3 PCB图................................................ 错误!未定义书签。
多功能数字时钟设计摘要数字电子钟实际上是一个对标准频率(1Hz)进行计数的计数电路。
由振荡电路形成秒脉冲信号,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。
一般由振荡电路、计数器、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,由NE555 组成的多谐振电路产生,但是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,所以一般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,一小时的进位信号。
数字钟实验报告5篇范文第一篇:数字钟实验报告数字钟实验报告班级:电气信息i类112班实验时间:实验地点:指导老师:目录一、实验目的-----------------3二、实验任务及要求--------3三、实验设计内容-----------3(一)、设计原理及思路3(二)、数字钟电路的设计--------------------------4(1)电路组成---------4(2)方案分析---------10(3)元器件清单------11四、电路制版与焊接---------11五、电路调试------------------12六、实验总结及心得体会---13七、组员分工安排------------19一、实验目的:1.学习了解数码管,译码器,及一些中规模器件的逻辑功能和使用方法。
2.学习和掌握数字钟的设计方法及工作原理。
熟悉集成电路的引脚安排,掌握各芯片的逻辑功能及使用方法了解面包板结构及其接线方法。
3.了解pcb板的制作流程及提高自己的动手能力。
4.学习使用protel软件进行电子电路的原理图设计、印制电路板设计。
5.初步学习手工焊接的方法以及电路的调试等。
使学生在学完了《数字电路》课程的基本理论,基本知识后,能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面,系统地进行电子电路的工程实践训练,学会检查电路的故障与排除故障的一般方法锻炼动手能力,培养工程师的基本技能,提高分析问题和解决问题的能力。
二、实验任务及要求1.设计一个二十四小时制的数字钟,时、分、秒分别由二十四进制、六十进制、六十进制计数器来完成计时功能。
2.能够准确校时,可以分别对时、分进行单独校时,使其到达标准时间。
3.能够准确计时,以数字形式显示时、分,发光二极管显示秒。
4.根据经济原则选择元器件及参数;5..小组进行电路焊接、调试、测试电路性能,撰写整理设计说明书。
三、实验设计内容1、设计原理及思路 3.1数字钟的构成数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、较时电路、报时电路等部分组成,这些都是数字电路中应用最广的基本电路3.2原理分析数字钟实际上是一个对标准频率(1hz)进行计数的计数电路。
多功能数字钟电路设计实验报告实验目的:设计一个多功能数字钟电路,能够显示当前时间,并具备闹钟、秒表和计时等功能。
实验原理:1. 数码管显示:使用4位共阴极数码管进行显示,采用BCD码方式输入。
2. 按键输入:使用按键进行时间的调节和选择功能。
3. 时钟频率:使用晶体振荡器提供系统时钟,通过分频电路控制时钟频率。
实验器材:1. 4位共阴极数码管2. 按键开关3. 74LS90分频器4. 时钟晶体振荡器5. 耐压电容、电阻等元件6. 电路连接线实验步骤:1. 连接电路:根据电路原理图,将数码管、按键开关、74LS90分频器、晶体振荡器等连接起来,注意接线正确。
2. 编写程序:根据实验要求,编写相应的程序,实现时钟、闹钟、秒表和计时等功能。
3. 调试电路:将电路通电并运行程序,观察数码管的显示情况和按键功能是否正常。
4. 测试功能:分别测试多功能数字钟的时钟、闹钟、秒表和计时等功能,确保功能正常。
5. 完善实验报告:根据实验结果和观察情况,完善实验报告,并附上电路原理图、程序代码等。
实验结果:经过调试和测试,多功能数字钟电路能够正常显示时间,并具备时钟、闹钟、秒表和计时功能。
使用按键进行时间调节和功能选择,数码管根据不同功能进行相应的显示。
实验总结:通过本次实验,我掌握了多功能数字钟电路的设计原理和实现方法,并且了解了数码管显示、按键输入、时钟频率控制等相关知识。
实验过程中,我发现电路连接正确性对功能实现起到关键作用,同时合理编写程序也是确保功能正常的重要环节。
通过实验,我对数字电路的设计和实现有了一定的了解,并且培养了动手实践和解决问题的能力。
多功能数字闹钟电路设计实验报告
实验目的:设计一个多功能数字闹钟电路,能够显示时间、设定并响起闹铃。
实验原理:本实验采用数字集成电路实现数字显示和闹铃功能。
数字显示部分采用BCD到七段数码管解码器74LS47和共阴
七段数码管进行实现,闹铃部分采用555定时器集成电路作为发生器,通过驱动蜂鸣器发出声音。
实验仪器:多功能数字闹钟电路实验箱、数字集成电路
74LS47、七段数码管、555定时器集成电路、蜂鸣器、电源、
示波器等。
实验步骤:
1. 按照电路图连接电路。
将74LS47连接到七段数码管,将
555定时器连接到蜂鸣器和电路中相应的电源和地线。
2. 上电并调节电路供电电压。
3. 设定时间。
通过拨动开关和按钮进行时间的设定。
4. 切换闹钟状态。
通过开关切换闹钟的开启和关闭状态。
5. 监测闹钟时间。
借助示波器调整闹钟时间的精度。
6. 监测闹钟声音。
确认蜂鸣器发出的声音符合要求。
实验结果:实验中,我们成功设计并调试出了一个多功能数字闹钟电路。
通过拨动开关和按钮可以设定时间,并且可以通过切换开关来设置闹钟的开启和关闭状态。
实验中监测到的闹钟时间和声音都符合预期要求。
结论:通过本次实验,我们成功设计了一个多功能数字闹钟电路,实现了时间显示和闹铃功能。
实验结果显示该电路的性能良好,具有实用价值。
在实验中我们也学到了关于数字集成电路和定时器集成电路的使用和调试方法。
多功能数字钟设计实验报告院系:电子与通信工程学院:郭世康班级:1301学号:U202113639指导教师:唐祖平一、实验目标掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程熟悉EDA软件使用掌握Verilog HDL设计方法分模块、分层次数字系统设计二、实验容要求根本功能能显示小时、分钟、秒钟〔时、分用显示器,秒用LED〕能调整小时、分钟的时间提高要求任意闹钟;〔1分〕小时为12/24进制可切换〔1分〕报正点数〔几点钟LED闪烁几下〕〔1分〕三、实验条件Xilinx工程环境,win7操作系统,BASYS2实验板。
四、实验设计1.设计分析数字钟大体上由2个60进制计数器,1个24进制计数器构成,中间有数据选择器进展连接。
为实现提高功能,还需12进制计数和整点判断模块。
下列图为数字钟层次构造图。
2. 实验原理振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,再经分频器输出标准秒脉冲。
秒计数器计满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按24或12进制规律计数。
计数器的输送译码显示电路,即可显示出数码〔即时间〕。
计时出现误差时可以用校时电路进展校时和校分。
小时显示〔12\24〕切换电路、仿电台报时、定时闹钟为扩展电路,只有在计时主体电路正常运行的情况下才能进展功能扩展。
本实验采用Verilog HDL进展描述,然后用FPGA/CPLD实现,使用部50MHz 晶振作为时钟电路。
3. 逻辑设计实现上述功能的Verilog HDL 程序如下。
实现根本功能的程序分为两层次四个模块,底层有3个模块构成,即6进制计数器模块,10进制计数器模块和24进制计数器模块,顶层有一个模块,他调用底层的3个模块完成数字中的计时功能。
moduletimeclock(Hour,Minute,Second,CP,nCR,EN,Adj_Min,Adj_Hour,number,Light,clk,temp,c hange,AMTM,dingdong);output [7:0] Hour,Minute,Second;output [3:0] Light,temp;output [6:0] number;output clk,AMTM,dingdong;//clk为分频之后的时钟信号,频率为1Hz,AMTM为24进制转换12进制时说明上下午的变量,dingdong为整点报时时的闪烁信号。
电子综合设计多功能数字钟报告报告内容如下:一、设计目的和原理多功能数字钟是一种能够显示时间,并具有闹钟、计时、倒计时等功能的电子设备。
本设计的目的是通过FPGA实现一个多功能数字钟的功能,以实现时间的显示和闹钟的设置功能。
二、设计方案和实现1.硬件设计方案:本设计使用FPGA作为主控芯片,使用七段数码管作为显示器,通过与FPGA的IO口连接来实现时间的显示功能。
同时,使用按键作为输入进行功能的选择和设置。
2.硬件连接:将FPGA的IO口连接到七段数码管的控制端,通过IO口输出相应的数字信号来控制数码管的亮灭。
将按键连接到FPGA的IO口,通过IO口输入按键的信号。
此外,还需要连接一个晶振电路来提供时钟信号。
3.软件设计方案:本设计使用VHDL语言进行程序设计,通过状态机来实现多功能数字钟的功能。
具体实现包括时间的显示、闹钟的设置和启动、计时和倒计时功能的实现。
通过按键的输入来切换不同的状态,实现不同功能的切换和设置。
4.软件实现具体步骤:(1)定义状态机的状态,包括时间显示、闹钟设置、计时和倒计时等状态。
(2)在时间显示状态下,通过FPGA的IO口输出相应的数字信号来控制七段数码管的亮灭,实现时间的显示。
(3)在闹钟设置状态下,通过按键的输入来设置闹钟时间,并将设置好的时间保存在寄存器中。
(4)在计时和倒计时状态下,通过按键的输入来实现计时和倒计时功能,并通过七段数码管的显示来实时显示计时和倒计时的时间。
以下为本设计的完整程序代码:```vhdl--时钟频率--定义状态signal state : state_type;--定义时钟、按键和数码管信号signal clk : std_logic;signal key : std_logic_vector(1 downto 0);signal seg : std_logic_vector(6 downto 0);--闹钟时间寄存器signal alarm_hour_reg : std_logic_vector(5 downto 0);signal alarm_min_reg : std_logic_vector(5 downto 0);--计时和倒计时寄存器signal count_up_reg : std_logic_vector(23 downto 0); signal count_down_reg : std_logic_vector(23 downto 0); signal count_down_flag : std_logic := '0';beginclock : processbeginwhile true loopclk <= '0';wait for 10 ns;clk <= '1';wait for 10 ns;end loop;end process;key_scan : process(clk)beginif rising_edge(clk) thenkey <= key_scan_func; -- 按键扫描函数end if;end process;fsm : process(clk, key)beginif rising_edge(clk) thencase state isif key = "10" then -- 第一个按键按下state <= set_alarm;elsif key = "01" then -- 第二个按键按下state <= count_up;end if;when set_alarm =>seg <= set_alarm_func; -- 闹钟设置函数if key = "00" then -- 两个按键同时按下elsif key = "01" then -- 第一个按键按下state <= count_up;end if;when count_up =>seg <= count_up_func; -- 计时函数if key = "00" then -- 两个按键同时按下elsif key = "10" then -- 第二个按键按下state <= count_down;count_down_flag <= '1';end if;when count_down =>seg <= count_down_func; -- 倒计时函数if key = "00" then -- 两个按键同时按下count_down_flag <= '0';elsif key = "01" then -- 第一个按键按下state <= count_up;count_down_flag <= '0';end if;end case;end if;end process;--数码管信号和显示模块的连接display : entity work.seg_displayport mapclk => clk,seg => segend architecture;```四、总结与展望通过FPGA实现多功能数字钟的设计,在硬件和软件的配合下,实现了时间的显示和闹钟的设置功能。
设计实验报告多功能数字钟设计EDA设计实验报告多功能数字时钟设计院系: 电光学院专业:通信工程摘要该实验利用quartus II软件设计一个多功能数字钟,进行实验设计和仿真调试,实现了计时,校时,校分,清零,保持和整点报时等多种基本功能,并下载到smart SOPC实验系统中进行调试和验证。
此外还添加了秒表功能,使得设计的数字钟功能更加完善。
Abstract:This experiment is to design a digital clock which is based on Quartus software and in which many basic functions like time-counting , hour-correcting , minute-correcting , reset , timing-holding and belling on the hour. And then validated the design on the experimental board . In addition, additional functions like reseting the stopwatch make this digital clock a perfect one.目录1.设计要求 (4)2.工作原理 (4)3.各模块说明 (5)1)分频模块 (7)2)计时模块 (13)3)显示模块 (16)4)校分与校时模块 (17)5)清零模块 (18)6)保持模块 (18)7)报时模块 (18)4.扩展模块 (19)1)秒表模块 (19)5.调试、编程下载 (20)6.实验中出现问题及解决办法 (21)7.实验收获与感受 (22)8.参考文献 (23)一、实验目的通过设计一个00时00分00秒~23时59分59秒的多功能计数器, 巩固和复习数字电路知识,初步掌握EDA设计的基本思路和方法,并能够较为熟练地使用软件QuartusII7.2的相应功能,为课程设计等相关实验课程打下理论与实践两方面的基础。
实用文档《多功能数字钟电路的设计、制作》课程设计报告班级: (兴) 2008级自动化*名:**学号: **********指导教师:**2010年 11月13日目录一、设计目的.................................1二、设计内容及要求...........................1三、总设计原理...............................1四、主要元件及设备...........................2五、单元电路的设计...........................51、数字电子计时器组成原理.................52、用74LS160实现12进制计数器..............63、校时电路...............................74、时基电路设计...........................8六、设计总电路图.............................8七、设计结果及其分析.........................8八、设计过程中的问题及解决方案...............9九、心得体会.................................9十、附录.....................................10多功能数字钟电路设计一、设计目的通过课程设计要实现以下两个目标:一、初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。
即根据设计要求,查阅文献资料,收集、分析类似电路的性能,并通过组装调试等实践活动,使电路达到性能要求;二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。
毕业设计是系统的工程设计实践,而课程设计的着眼点是让我们开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面,运用已学过的分析和设计电路的理论知识,逐步掌握工程设计的步骤和方法,同时,课程设计报告的书写,为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。
二、设计内容及要求1、功能要求:①基本功能: 以数字形式显示时、分、秒的时间,小时计数器的计时要求为“12翻1”,并要求能手动快校时、快校分或慢校时、慢校分。
②扩展功能: 定时控制,其时间自定;仿广播电台正点报时—自动报正点时数。
2、设计步骤与要求:①拟定数字钟电路的组成框图,要求先实现电路的基本功能,后扩展功能,使用的器件少,成本低;②设计各单元电路,并用Multisim软件仿真;③在通用电路板上安装电路,只要求显示时分;④测试数字钟系统的逻辑功能;⑤写出设计报告。
设计报告要求:写出详细地设计过程(含数字钟系统的整机逻辑电路图)、调试步骤、测试结果及心得体会。
三、总设计原理数字电子钟原理是一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。
石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲,秒脉冲送入计数器计数,计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码,并通过显示器显示时间。
四、主要元件及设备1、给定的主要器件:74LS00(4片),74LS160(4片)或74LS161(4片),74LS04(2片),74LS20(2片),74LS48(4片),数码管BS202(4只),555(1片),开关(1个),电阻47k(2个)电容10uF(1个)10nF(1个)各元件引脚图如下图:74LS002、仪器和设备:稳压电源(或数字逻辑学习机),双宗示波器,数字万用表、数字通用板、拨线钳和电烙铁等。
五、 单元电路的设计1、数字电子钟的设计提示1图1数字电子计时器的结构框图2)、用74160实现12进制计数器CLK图2 用整体置零法构成的12进制计数器3)、校时电路校时电路是数字钟不可缺少的部分,每当数字钟与实际时间不符时,需要根据标准时间进行校时。
当数字钟接通电源或者计时出现错误是,需要校正时间,校时是数字钟应具备的基本功能。
为了电路简单,只对时和分进行校时。
校时电路要求在小时校正时不影响分和秒的正常计数,在分校时时不影响秒和小时的计数。
时校时电路和分校时电路都是一致的,校时脉冲信号为10HZ脉冲,这样速度正好适中,适合校时。
当刚接通电源或时钟走时出现误差时,都需要进行时间的校准。
校时是数字钟应具有的基本功能,一般电子钟都有时、分、秒校时功能。
为使电路简单,这里只进行分和小时的校准。
校时可采用快校时和慢校时两种方式。
校时脉冲采用秒脉冲,则为快校时;如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供则为慢校时。
图3中C1、 C2用于消除抖动。
方法是控制六十进制的时钟输入端CP,使用两个三态门或者把秒进位信号加入,或者把校分的按键信号J1加入,J2用来控制校分和计分切换,由于两个三态门U10A和U11A的使能端有效电平刚好相反,J2接地时为校分功能,J2不接地时为计分功能。
图3 校时电路4、时基电路555定时器的脉冲时间是由于RC 充放电确定的。
根据三要素公式:[]1)(1)0(1)(1)(1RC t eVc Vc Vc t Vc -∞-++∞= (1)充电过程的方程式:11)31(32RC t e Vcc Vcc Vcc Vcc --+= (2) 充电时间为:1)21(7.02ln )21(11C R R C R R t +=+= (3)放电过程的方程式:12)032(031RC t e Vcc Vcc --+= (4) 放电时间为:127.02ln 221C R C R t == (5)总时间为:ft t t 121=+= (6) 频率为:121121)2(43.1)2(7.011C R R C R R t f +=+== (7)首先确定C1=0.1uf ,R2=5.1K Ω,需要输出频率f=1KHZ ,将充放电时间算出,确定电阻R1。
通过确定R1=4.1K Ω。
秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。
由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。
图4 由555定时器构成的多谐振荡器一般说来,振荡器的频率越高,计时精度越高。
本设计中采用由集成定时器555与RC 组成的多谐振荡器,经过调整输出1000Hz 脉冲。
762158435550.01μFX μFXK ΩX K ΩX K Ω1Hz+5V六、设计总电路图七、设计结果及其分析本次实验基本达到了老师的要求,实现了数字钟的时钟显示功能、60进位功能,小时高位12翻1的功能、校时功能。
试验中容易出现时钟屏幕数字时快时慢,可能是由于示波器电压不稳定,或者电路板的电阻或者导线的电阻有关。
八、设计过程中的问题及解决方案设计电路过程中,在multisim软件中出现了许多各种各样的错误,虽然最后经过不断的修改以及和同学的讨论得到了比较好的解决。
其中有一个问题困惑了我很久,就是连接好译码显示电路后LED却不能显示出数字,最后查出原来所选用的译码器型号不同连接方式也不同,而且555定时器的电阻设置不同则他们的周期也不同,如果电阻选择不恰当也会出现不能显示数字,。
还有就是设计六十进制计数器和二十四进制计数器是各个计数器之间的连接、秒到分间的进位问题、分到时之间的进位问题、校时电路的连接方式等等问题。
当模拟电路在电脑上成功后,实际上的操作也有一些失误,导致出现不进位和60进制中出现跳过几个数字的情况,经过认真检查电路发现不进位的原因是有些导线的与电路板焊接接触不良,出现虚焊。
60进制钟出现跳过几个数字的情况是将555的out输出端接到触发端,虽然有数字的输出但是不是连续的,说明触发端输出的波形不是完整的矩形波,经过示波器的调试知道从触发端输出的波形是三角波一类的,输出有波峰和波谷。
同时也证明了要想得到60进制的连续数字必须是一列矩形波。
九、心得体会通过本次实验对输电知识有了更深入的了解,将其运用到了实际中来,明白了学习电子技术基础的意义。
这次电子电路课程设计,也对电子电路设计的知识有了更深一步的了解,熟悉了更多不同的数字芯片,比如74LS00,74LS04,74LS48,74LS160,数码管等,这为我以后的电路设计打了一定的基础。
在连接十二进制,六十进制的进位的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
在这次的设计中,我考虑了许多不同的方案,从理论上细致的比较各个方案的好坏,同时又充分的考虑实际情况,比如十二翻一得采用置数法比置零法更好,不会出现不稳定的情况,以实际情况为主要,在此过程中学会了把理论和实际充分结合起来的思维方式。
在设计的过程中我采用了MULTISIM仿真软件,通过这次的课程设计使我对这个仿真软件的使用更加的熟练。
还有就是在设计的过程中首先必须明白个个引脚的作用以及分类,比如说在设计MULTISIM仿真软件的时候,需要把地线,VCC分清楚,这些线很容易搅在一起,在实际做电路板的焊接的时候,也需要首先进行排版,要知道排版的好坏直接影响电路的美观而且最重要的是影响接线,还有就是在检查电路的时候也有影响,说明了我们不能忽视细节问题,在连接导线的时候尽量不要出现虚焊,建议接好一根线的同时用万用表检查一下,这样可以省去复查,在检查的时候也可以把电路板分为几个模块去检查,这样也会大大缩短时间,提高工作效率。
总之通过此次课程设计,收获颇丰,在培养自己的实验动手能力的同时还培养自己的性情,这次课程设计对以后的实际操作和以后的课程设计都有举足轻重的作用,这次焊接电路板使我明白了模拟和实际不是等价的,在知道了实验原理后实际操作才是最重要的。
10。