EDA可校时数字钟设计.docx

可校时数字钟设计实验报告姓名 郑珞 指导教师 贾立新 专业班级 电信1102 学 院 信息工程学院 提交日期 2013年9月15日实验目的：设计一个数字计时器，可以完成从00:00到59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有清零、保持、快速校时、报时等基本功能。设计要求：1) 能进行正常的分、秒计时功能，最大计时显示59分59秒。2) 分别由四个数码管显示分秒的计时。3) clear1、clear2、clear3、clear4是清零开关，clear1=clear2=clear3=clear4=1时，计时器正常工作；clear1=0时，秒个位清零；clear2=0时，秒十位时清零；clear3=0时，分个位清零；clear4=0时，分十位清零。4) K1、K2、K3、K4是校时开关，K1=K2=K3=K4=0时，计时器正常工作；K1=1时，进行秒个位校时；K2=1时，进行秒十位校时；K3=1时，进行分个位校时；K4=1时，进行分十位校时。5) 具有报时功能，每十分钟报时一次。6) 用Quartus ii软件对设计电路进行仿真，并下载到EDA实验板上对其功能进行验证。工作原理:数字计时器由分频模块、校时模块、计时模块、动态显示模块、报时模块等几部分组成，分频模块将电路板给予的8HZ的基准时钟信号分成电路所需要的频率，校时模块通过校时电路进行快速校分校秒，计分计秒模块与动态显示模块相连，从而将分秒显示在七段数码管上。其原理如图1所示：图1 总原理图总图及仿真结果：顶层原理图（总图）如图2所示：图2 顶层原理图仿真图如图3所示：图3 顶层仿真图各模块说明:1. 分频模块：分频模块将EDA实验板提供的8hz和25Mhz时钟信号分频，得到所需的频率。实验中需要1hz作为计分计秒的时钟信号，所以我们需要将8HZ的信号进行八分频。同时需要250hz作为报时的时钟信号，所以需要将25Mhz的信号进行10000分频。a)八分频：该分频由VHDL语言编程，实验了对8HZ信号的八分频，从而得到1HZ的信号。原理图如图4所示：图4 八分频的VHDL语言波形图如图5所示：图5 八分频仿真图最后利用原理图产生的可八分频的元器件（如图6所示）：图6 八分频元器件b)十分频:十分频的原理图如图7所示：图7 十分频电路图波形图如图8所示：图8 十分频仿真图10000分频可由4个十分频电路级联而成，最后封装电路可得（如图9所示）：图9 10000分频元器件2. 计时模块：计时电路包括秒，分两个模块，秒与分可以进行进位。秒和分都是一个模六十计数器，设计采用的是同步计数器，所以它们所接的时钟信号均为1HZ。a) 秒计时电路（如图10所示）：图10 秒计时电路原理图当秒计时到59秒时有四与非门输出一个低电平将秒个位和秒十位置零，同时变换此低电平为高作为进位信号传递给分个位。波形图如图11所示：图11 秒计时仿真图封装秒计时电路可得（如图12所示）：图12 秒计时元器件b) 分计时电路（如图13所示）：图13 分计时电路原理图分计时电路图与秒计时电路相似，不同的是分计时清零的条件不仅秒计时要到59，分计时也要到59，故清零信号的输入还要添加秒计时模块的输出。波形图与秒计时电路类似。封装分计时电路可得（如图14所示）:图14 分计时元器件3. 动态显示模块：此模块用于数码管的动态显示，此实验需要四个数码管参与显示，将秒个位、秒十位、分个位、分十位分别于显示译码器7448相连，从而在实验板上显示出来。原理图如图15所示：图15 动态显示电路原理图4. 校时模块：校秒电路与校分电路一样。原理图如图16所示：图16 校时电路原理图当js2=0时，电路输出1HZ的脉冲供给秒计时模块和分计时模块正常工作；当js2=1时，通过按动K5对数字钟进行校时。为了防止拨开关时引发的颤动对校时产生影响，故在电路中加入了消颤的D锁存器。封装校时电路可得（如图17所示）：图17 校时元器件5. 报时模块数字计时器每记10分钟，利用250hz的时钟信号使蜂鸣器响一次。原理图如图18所示：图18 报时电路原理图封装报时电路可得（如图19所示）：图19 报时元器件调试、编程下载：选择“Processing-start complication”进行全编译，编译后进行管脚分配，并且将未用到的管脚置于高阻态，最后把程序下载到EDA实验板上，实验板上显示及操作结果正确。实验中遇到的问题解决办法：本次实验中出现了一些问题，在设计原理图及编辑程序时不够仔细，导致调试时出现错误。以下是实验中遇到的问题以及解决办法：1. 用VHDL语言编辑程序本实验中的八分频是由VHDL编辑而成，因为我本身对VHDL语言的不熟悉，导致分频时出现错误，后经过咨询老师和网上查询资料，顺利地解决了问题。2. 显示译码问题在编辑过程，因找不到合适的显示译码器，而在调试过程中出现乱码现象。后通过网上查询资料，用了7448七段显示译码器，解决了问题。3. 消颤问题在调试校时模块时发现拨动开关数字显示跳动不正常，后发现是开关拨动产生抖动造成的，于是给电路加上了消颤的D锁存器，从而解决了问题。实验的收获与感受：这一次的EDA可校时数字钟设计，大部分依靠自己查询资料和自学完成，也经过了老师的悉心指导。让我更加掌握了数字逻辑电路方面的知识，也适应了Quartus ii软件和E