多功能六位电子钟毕业论文

EDA课程设计报告电子钟组员吕卫伟：200840720126张奎：200840830133侯从彬：200840830133万远程：200840830133李传迪：200840830133杨占胜：200840830133指导教师：陈卫兵一、电子钟的设计原理:电子钟主要有四个模块组成： 扫描电路、计数模块电路、BCD码转换电路、显示器驱动电路。由CP送入1HZ的时钟信号，并输入计数60的分频计秒电路。在计数至6o瞬间． 进位至计数60的分频计分分频使分频计分电路加1。而计秒电路也消除为0重新再计秒。计分电路与计时电路功能同上。计数输出的二进制数通过BCD码转换电路将其转为BCD码，再通过扫描电路选择输出的BCD码。送至显示驱动电路．再将其结果转换成相应的十进制数在七段数码显示管上显示．并通过扫描电路控制数码管的显示。最终在数码显示管上可以看到秒，分，时的显示结果二、设计实现本程序总共有十二个部分依次是产生脉冲信号、60秒计数器、60分计数器、24时计数器、毫秒计数器、秒计数器、月份判断、年月日。设计过程：仿真图和源程序（1）.秒钟模块秒是这次电子钟设计的最底层模块.其核心是一个60进制计数器,以外来时钟信号作为其触发时钟信号,当外来信号进入clk时钟信号端,其内部的60进制计数器便开始工作,对信号源进行计数.计数结果由count输出至数码管显示秒钟时间.当计数到60时,其值置零,并向外输出一个进位信号C,这个进位信号便为下个分钟模块的输入时钟信号library ieee;use ;use ;entity miao isport(rst,clk:in std_logic;d:in std_logic_vector(1 downto 0);clk1:out std_logic);end miao;architecture do of miao issignal d1:std_logic_vector(1 downto 0);beginprocess(clk,d)beginif rst='1' thend1<="00";ELSif clk'event and clk='1'thenif d1="11"thend1<=d;clk1<='1';else d1<=d1+1; clk1<='0';end if;end if;end process;end do;（2）.分钟模块分钟模块核心也是一个60进制计数器,其功能的实现是将秒模块的进位信号进行计数,计数结果由dout输至数码管显示,当计数至60是数值置零,并向外输出进位信号 ieee;use ;use ;entity fen isport(zs1,clk2,rst1:in std_logic;d1: in std_logic_vector(5 downto 0);fe :out std_logic_vector(5 downto 0);clk3:out std_logic);end fen;architecture do of fen issignal d0:std_logic_vector(5 downto 0);beginprocess(clk2,d1,zs1,rst1)beginif rst1='1'thend0<="000000";elsif clk2'event and clk2='1'thenif d0="111111"thenclk3<='1';d0<="000000";elsif zs1='1'thend0<=d1;else d0<=d0+1;clk3<='0';end if;end if;end process;fe<=d0;end do;（3）时、星期计数模块library ieee;use ;use ;entity shi isport(clk5 :in std_logic;xs:out std_logic_vector(4 downto 0);xinqi:out std_logic_vector(2 downto 0));end shi;architecture do of shi issignal d3:std_logic_vector(4 downto 0);signal d4:std_logic_vector(2 downto 0);signal clk6:std_logic;beginr1:process(clk5)beginif clk5'event and clk5='1'thenif d3="11000"thend3<="00000";clk6<='1';else d3<=d3+1;clk6<='0';end if;end if;end process r1;r2: process(clk6)beginif clk6'event and clk6='1'thenif d4="111"thend4<="001";else d4<=d4+1;end if;end if;end process r2;xs<=d3;xinqi<=d4;end do;（4）年月日计数library ieee;use ;use ;entity haos isport(clk8,zr,zy:in std_logic;g2:in std_logic_vector(4 downto 0);g1: in std_logic_vector(3 downto 0);ri :out std_logic_vector(4 downto 0);yue: out std_logic_vector(3 downto 0));end haos;architecture do of haos issignal clk9:std_logic;signal w1:std_logic_vector(4 downto 0);signal w2:std_logic_vector(3 downto 0);beginr1: process(clk8,zr,g2)beginif zr='1'thenw1<=g2;elsif clk8'event and clk8='1'thenif w1="11110"thenw1<="00001";clk9<='1';else w1<=w1+1;clk9<='0';end if;end if;end process r1;r2:process(clk9)beginif zy='1'thenw2<=g1;elsif clk9'event and clk9='1'thenif w2="1100"thenw2<="0001";else w2<=w2+1;end if;end if;end process r2;ri<=w1;yue<=w2;end do;最后将这几个模块（GDF）连接一起就可以了.根据实际情况做引脚锁定，引脚表见附录。课程设计心得设计语言主要是采用VHDL语言的自顶向下的设计方法。EDA中，自顶向下的设计方法，就是在整个设计流程中各设计环节逐步求精的过程,应用VHDL运行自顶向下的设计，就是使用VHDL模型在所有综合级别上对硬件进行说明、建模和仿真测试。顶层文件采用了原理图的方法设计，使各模块之间的层次关系清晰。在多功能电子钟实际设计过程中，所有的模块都是通过不同进制的计数器来实现其主要功能的，各模块之间是通过进位信号连接在一起的。前一级的进位信号作为下一级的计数clk信号，通过层次关系使设计思路清晰一开始由于程序的设计考虑置位调整。没有好的思路，走了不少弯路。后来（有人）想到了在程序里设置总控制端，于是解决了问题。和同学的合作使我的程序更加优化。通过这次课设,也给我带来以下一些收获：1、 进一步熟悉maxplus II软件的使用和操作方法，以及硬件实现时的下载方法与运行方法；2、 对VHDL语言的自顶向下设计方法有了进一步的认识；在底层文件具备的条件下，使用原理图可以使设置更加简单。使程序清晰，增加可读性。3、 锻炼了我独立思考和解决问题的能力，也认识到团队合作的重要性。4、 熟悉了写电子设计试验报告的方法，为写毕业设计论文奠定了一定的基础。5、 当然本次课程设计也存在一些不足之处，月的功能没有设置好，很多扩展功能没有实现，比如说秒表，闹铃等等谢辞首先，在这里感谢学校给我们安排了这次课设，使我们有一个可以自己动手的机会，通过动手，进一步熟悉自己所学的理论知识，体会自己动手得出结果的那种感觉。再次，在这要感谢我们的指导老师，陈卫兵老师和实验室老师在我们的实践过程中不提自己的辛苦，耐心回答我们所问的所有问题，帮助我们解决一些程序和调试，在这表示感谢！感谢这次课程设计中给我帮助的同学，是你们的帮助，我才顺利的完成了课程设计任务。谢谢你们的帮助！参考文献[1]卢毅．赖杰． VHDL与数字电路设计． 北京：科学出版社， 2001[2]潘松． VHDL使用教程． 成都：电子科技出版社，2000[3]黄继业. EDA技术实用教程.科学出版社，2002[4]徐志军.CPLD/FPGA的开发与应用.北京电子工业出版社，2002[5]曾繁泰，侯亚宁，崔元明.可编程器件应用导论，2001

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多功能数字钟设计一、 绪论 （一） 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。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、定时启闭电路、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，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 本系统采用石英晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。由LED数码管来显示译码器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。使用了RS触发器的校时电路。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能,扩展电路完成数字钟的扩展功能。论文安排如下： 1、绪论 阐述研究电子钟所具有的现实意义。 2、设计内容及设计方案 论述电子钟的具体设计方案及设计要求。 3、单元电路设计、原理及器件选择 说明电子钟的设计原理以及器件的选择，主要从石英晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路五个方面进行说明。 4、绘制整机原理图 该系统的设计、安装、调试工作全部完成 二、设计内容及设计方案 （一）设计内容要求 1、设计一个有“时”、“分”、“秒”（23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。 4 、功能扩展： (1)闹钟系统 (2)整点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出750Hz音频信号，在59分59秒时，输出1000Hz信号，音像持续1秒，在1000Hz音像结束时刻为整点。 (3)日历系统。 （二）设计方案及工作原理 数字电子钟的逻辑框图如图1所示。它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。 三、单元电路设计、原理及器件选择 （一）石英晶体振荡器 1、重要概念的解释 (1) 反馈：将放大电路输出量的一部分或全部，通过一定的方式送回放大电路的输入端。 (2) 耦合：是指信号由第一级向第二级传递的过程。 2、石英晶体振荡器的具体工作原理 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。它被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中。它还具有压电效应：在晶体某一方向加一电场，晶体就会产生机械变形；反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。在这里，我们在晶体某一方向加一电场，从而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，从而使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制时，才达到最后稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。 用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图2所示。利用两个非门G1和G2 自我反馈，使它们工作在线性状态，然后利用石英晶体JU来控制振荡频率，同时用电容C1来作为两个非门之间的耦合，两个非门输入和输出之间并接的电阻R1和R2作为负反馈元件用，由于反馈电阻很小，可以近似认为非门的输出输入压降相等。电容C2是为了防止寄生振荡。例如：电路中的石英晶体振荡频率是4MHz时，则电路的输出频率为4MHz。 石英晶体振荡电路 (二)分频器 1、8421码制,5421码制 用四位二进制码的十六种组合作为代码，取其中十种组合来表示0-9这十个数字符号。通常，把用四位二进制数码来表示一位十进制数称为二-十进制编码，也叫做BCD码，见表1。 表1 8421码 5421码 0 0000 0000 1 0001 0001 2 0010 0010 3 0011 0011 4 0100 0100 5 0101 1000 6 0110 1001 7 0111 1010 8 1000 1011 9 1001 1100 2、分频器的具体工作原理 由于石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要用分频电路。例如，振荡器输出4MHz信号，通过D触发器（74LS74）进行4分频变成1MHz,然后送到10分频计数器（74LS90,该计数器可以用8421码制，也可以用5421码制），经过6次10分频而获得1Hz方波信号作为秒脉冲信号。 分频电路 3、图中标志的含义 CP——输入的脉冲信号 C0——进位信号 Q——输出的脉冲信号 (三)计数器 秒脉冲信号经过6级计数器，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60进制，小时为24进制。 1、60进制计数器 (1) 计数器按触发方式分类 计数器是一种累计时钟脉冲数的逻辑部件。计数器不仅用于时钟脉冲计数，还用于定时、分频、产生节拍脉冲以及数字运算等。计数器是应用最广泛的逻辑部件之一。按触发方式，把计数器分成同步计数器和异步计数器两种。对于同步计数器，输入时钟脉冲时触发器的翻转是同时进行的，而异步计数器中的触发器的翻转则不是同时。 (2)60进制计数器的工作原理 “秒”计数器电路与“分”计数器电路都是60进制，它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成，如图4所示，采用两片中规模集成电路74LS90串接起来构成的“秒”、“分”计数器。 60进制计数电路 IC1是十进制计数器，QD1作为十进制的进位信号，74LS90计数器是十进制异步计数器，用反馈归零方法实现十进制计数，IC2和与非门组成六进制计数。74LS90是在CP信号的下降沿翻转计数，Q A1和 Q C2相与0101的下降沿，作为“分”（“时”）计数器的输入信号，通过与非门和非门对下一级计数器送出一个高电平一（在此之前输出的一直是低电平0）。Q B2 和Q C2计数到0110，产生的高电平一分别送到计数器的清零R0(1)， R0(2)，74LS90内部的R0(1)和R0(2)与非后清零而使计数器归零，此时传给下一级计数器的输入信号又变为低电平0，从而给下一级计数器提供了一个下降沿，使下一级计数器翻转计数，在这里IC2完成了六进制计数。由此可见IC1和 IC2串联实现了六十进制计数。 其中：74LS90 可二/五分频十进制计数器 74LS04 非门 74LS00 二输入与非门 24进制计数器 小时计数电路是由IC5和IC6组成的24进制计数电路，如图5所示。 当“时”个位IC5计数输入端CP5来到第10个触发信号时，IC5计数器自动清零，进位端QD5向IC6“时”十位计数器输出进位信号，当第24个“时”(来自“分”计数器输出的进位信号)脉冲到达时，IC5计数器的状态为“0100”，IC6计数器的状态为“0010”，此时“时”个位计数器的QC5和“时”十位计数器的QB6输出为“1”。把它们分别送到IC5和IC6计数器的清零端R0(1)和R0(2)，通过7490内部的R0(1)和R0(2)与非后清零，从而完成24进制计数。 24进制计数电路 (四) 译码与显示电路 1、显示器原理（数码管） 数码管是数码显示器的俗称。常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。 本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的。 当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。 2、译码器原理（74LS47） 译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系 输 入 输 出 显示数字符号 LT(——) RBI(——-) A3 A2 A1 A0 BI(—)/RBO(———) a(—) b(—) c(—) d(—) e(—) f(—) g(—) 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8 (1)LT(——)：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT(——)=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。 (2)BI(—)：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。BI(—)=0时。不论LT(——)和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。 (3)RBI(——-)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在RBI(——-)=0作用下，使译码器输出全为高电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。 (4)RBO(———)：灭零输出，它和灭灯输入BI(—)共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。 3、译码器与显示器的配套使用 译码是把给定的代码进行翻译，本设计即是将时、分、秒计数器输出的四位二进制数代码翻译为相应的十进制数，并通过显示器显示，通常显示器与译码器是配套使用的。我们选用的七段译码驱动器（74LS47）和数码管（LED）是共阳极接法（需要输出低电平有效的译码器驱动）。 译码显示电路 （五）校时电路 1、RS触发器基本RS触发器 R(—) S(—) Q Q(—) 说 明 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0或1 1 1 0 1或0 1 置0 置1 保持原来状态 不正常状态，0信号消失后，触发器状态不定 2、无震颤开关电路 无震颤开关电路的原理：当开关K的刀扳向1点时，S(—)=0，R(—)=1，触发器置1。S(—)端由于开关K的震颤而断续接地几次时，也没有什么影响，触发器置1后将保持1状态不变。因为K震颤只是使S(—)端离开地，而不至于使R(—)端接地，触发器可靠置1。 当开关K从S(—)端扳向R(—)端时，有同样的效果，触发器可靠置0。从Q端或Q(—)端反映开关的动作，输出电平是稳定的。 3、校时电路的实现原理 当电子钟接通电源或者计时发现误差时，均需要校正时间。校时电路分别实现对时、分的校准，由于4个机械开关具有震颤现象，因此用RS触发器作为去抖动电路。采用RS基本触发器及单刀双掷开关，闸刀常闭于2点，每搬动一次产生一个计数脉冲，实现校时功能.

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