用可编程逻辑器件实现时序逻辑电路的设计实验报告.docx

用可编程逻辑器件实现时序逻辑电路的设计实验报告 实验目的（1）掌握中规模数字集成器件的逻辑功能及使用方法（2）熟悉数字电路系统的设计方法（3）了解数字可编程器件的应用设计（4）学会Quartus软件的基本使用方法1. 实验器材（1）软件：Quartus（2）硬件：DE-2实验板，PC机2. 实验原理（简述设计中所用中规模集成器件的功能原理）3. 实验内容 设计一个多功能数字钟，要求如下：（1） 有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示，最大显示值为“23时59分59秒;（2） 有手动校时、较分的功能（时、分单独较正时均不影响其他部分的正常计时）；（3） 任意设置的整点定时闹钟（用两个数码管显示闹钟时间，用一个发光管的闪烁提示闹钟时间到）；（4） 用中小规模集成器件符号画原理图；（5） 应用Quartus完成设计。实验报告：1 设计思路：根据任务书要求，我们可以把这个实验的实现电路分为几个模块：（1）1Hz频率产生电路（2）秒计时电路（3）分计时电路（4）时计时电路（5）校时电路（6）闹钟电路（7）7段数码管显示电路2.模块具体设计方法和电路 （1）1Hz频率产生电路 在DE-2实验板中，有50MHz的时钟和27MHz的时钟，我采用了50MHz的时钟来作为时钟源，配合74292来分频产生1Hz的频率。74292的使用手册如下： 所以我们可以计算得知EDCBA五个引脚应该接的电平：1Hz50M225所以EDCBA的值为1 1 0 0 1，时钟源分频电路如下图所示：（2）秒计时电路：秒的计时周期为60，即从0计时到59，在59的下一位会产生进位并归0。根据这个要求，我采用了两片74160，即10进制计数芯片，来产生六十进制的计数。从图中可以看出，我采用了同步置数的办事，在个位数上 ，当计数到9时，会产生进位到使得十位计数芯片上的ET和EP置1，十位芯片开始加1 计数。当计数到59时，通过门电路，将低电平接到两个芯片的LD端，等待下一个时钟的到来，装入预置数0，进入下一个周期的计数。60进制仿真波形图如下所示：（3）分计数电路分计数也为60进制，和秒计时是一样的，只不过是将秒的进位信号作为分的时钟信号。电路和仿真结果与秒计时的一致，不再缀述。（4）时计时电路时计时为24进制，以分计时的进位信号为时钟信号，同样，我也采用了两片74160十进制芯片经过处理来作为24进制的计时。电路如下所示：如图所示，我采用了异步置0的方式来实现24计数进位的。当时间到24时，电路瞬间被置零，重新从0开始计数，这个电路的时钟信号来自分的进位信号。仿真的波形图如下：（5）校时电路校时电路在时钟是一个重要的部分，根据要求，我们需要在校时分和时对其他位不产生影响。在校时电路的设计上，有个很需要需要考虑的问题，怎么使得电路计数比正常计数时快得多，怎么在正确的时候就可以停下来了。而计时电路又是根据脉冲信号来动作的，所以，我想到，在校时时，我们可以再CLK输入端加入一个脉冲信号，使得计数动作更快，达到我们要求时，不输入脉冲，停止动作。而这个脉冲，我们可以通过一个与门来实现它。校时电路如下：具体电路分析如下：当来自秒的进位没有动作时，如图这一端一直为高电平，如图此处没有高电平输入时，输入与门的信号也是高电平，与门输出一直保持高电平，不会产生上升沿和下降沿，但是只要两个端中有一个动作了，就会产生上升沿和下降沿，分开始计数。分校时电路和时校时电路的原理和连线方式是一致的。（6）闹钟电路根据实验任务书的要求，需要输入任意整时，在这个整时产生一个蜂鸣或者亮灯。首先是需要设计出，可以让我们输入我们需要的整时的电路，设计电路和时计数的电路类似，但是CLK端口的输入信号是由我们通过手动产生的脉冲来实现的。闹钟设定电路如下所示：我们输入的脉冲数，会保持在电路中，计数数量可以输出端显示出来。对比电路：通过我们设定的整点数的数值，还需要和时钟的时间数进行比较，当两者相等时，闹钟响应。在比较电路的设计中，我采用了同或门电路进行比较，通过对比输出端每个值，如果每个值都相同，就会触发闹钟，闹钟会响应一分钟。（7）显示电路根据任务书要求，我们需要通过七段数码管显示时分秒各两位，还有定时闹钟输入数的显示。因为DE-2上的数码管的是共阳接法，所以需要采用7447或者7446进行译码。因为7段数码管的译码芯片已经集成得非常完善，我们只需要简单的接线就可以完成显示电路。3.实验故障和排除方式（1）在实验中，遇到一个很大的问题是数码管显示乱码。经过排查，可以了解到，因为实验室设备的老化，很多按键不能正常工作，在没有动作时，会产生奇怪的现象，因此，改用开关作为脉冲产生源是一个更好的选择。（2）实验电路的问题，在仿真软件中，一切都很完美，但是在实际操作中可能受到各种干扰。当然也存在电路不稳定等实际问题。例如我在接秒计时和分计时，一开始是采用异步清零的方式，但是正和教科书上描述的一样，进位信号的时间太过短暂，不能做到完全清零。所以电路会在跳转的时候产生问题，秒和分不能产生进位。心得体会：用仿真软件会让我们很容易的画出电路图，得到正确的仿真结果，但是在实际操作中，并不是我们想象中的那么简单，需要不断有耐心地调试。4.思考题（1）除了本实验中本人使用的74160十进制计数芯片外，还有16进制74161、加减16进制的74191等计数芯片可以组成60进制和24进制的计数电路。（2）在校时电路中，除了使用与门电路外，还可以使用或门电路。电路如下图所示：当进位信号和手动校时输入信号均为没有动作时，输出端为低电平，但是只要有一端动作，通过或门就会