电子表(课程设计) (2)

洛洛 阳阳 理理 工工 学学 院院 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课程名称 脉冲与数字电路 设计题目 可调电子表 专 业 班 级 学 号 姓 名 完成日期 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 1 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 可调电子表可调电子表 摘 要 我们正处在一个信息的时代 事物的发展和技术的进步 让我们享受到了 诸多的便利 尤其是电子表 它在我们的生活中无处不在 电子表是内部装配 有电子元件的表 一般分液晶显示数字式和石英指针式两种 本次程程设计在 Quartus II 仿真软件上实现对电子表的设计 学习电子表的设计不仅让我们 拨开了电子表的奥妙 让我们更加牢固的掌握了 74160 74193 这一类的计数 器的使用 运用多个 74160 器件 使之产生模为 24 60 周期的计数器 按照 一定的关系量来连接 从而产生进位 产生一个能循环计数的正常电子表的功 能 再设计一个电子表的调节电路图 以方便调节电子表 完成两部分的封装 对设计结果进行验证 通过输入数据的变化 从而得到所需要的输出 根据需 要 或正常计时 或设定分钟和小时 都能得到正确的结果 关键词 Quartus II 电子表 计数器 74160 调节 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 2 Adjustable Electronic Clock ABSTRACT We are in the age of information the development of things and technical progress let us enjoy the many convenience Especially electronic watch it s in our life is everywhere An electronic watch is internal assembly have electronic components watch general points LCD digital and quartz pointer type two kinds This ChengCheng design in Quartus II simulation software to achieve the design of electronic watch The design of the electronic learning not only let us through the secrets of the digital watches let us more solid knowledge of 74160 74193 this kind of use of the counter Use DuoGe 74160 devices causes it to have the mold of 23 59 cycle of counter according to certain amount to the relationship between the connection which carry and produce a cycle count of the normal can the function of digital watches To design a digital watch the adjustment of the circuit diagram with convenient adjustment electronic Complete two part of the package the design results were verified through the change of input data and the output of the need According to the needs or normal time or set up minutes and hours can get the right result Key words Quartus II electronic watch counter 74160 adjust 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 3 目录目录 前 言 4 第 1 章 设计内容和功能 5 1 1 74160 元器件介绍 5 1 2 功能描述 6 第 2 章 设计原理 7 2 1 基本电路图 7 第 3 章 设计原理详析 10 3 1 计数原理 10 3 2 校时电路原理 11 第 4 章仿真波形与分析 12 4 1 计时 12 4 11 秒计时 12 4 12 分钟计时 12 4 2 调节 13 4 21 分钟可调 13 当 K0 为 1 K1 为 0 时对分钟进行调节 14 4 22 小时可调 14 当 K0 为 0 K1 为 1 时对小时进行调节 14 第 5 章 LCD 液晶显示器实现 14 5 1 LCD 液晶显示器 14 5 1 1 LCD 液晶显示器源程序 14 5 1 2 LCD 显示器封装 17 LCD 显示器源程序封装后即为顶层电路中的 LCD1602 如图 5 1 所示 17 第 6 章 下载验证 17 谢词 20 参考文献 21 课 程 设 计 评 语 22 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 4 前前 言言 计数是一种最简单基本的运算 计数器就是实现这种运算的 逻辑电路 计 数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数 以实现测量 计数和控制的 功能 同时兼有分频功能 计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成 计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成 这些触发器有RS 触发器 T 触发器 D 触发器及 JK 触发器等 脉冲信号经分频电路输出标准的秒脉冲信号 作为秒计时脉冲 秒计数器计 满 60 后向分计数器产生进位脉冲 分计数器计满 60 后向时计数器产生进位脉冲 时计数器按模 24 的规律计数 计数器的输出经显示译码器译码后送显示器显示 当电路计时出现误差时 可以由校时电路分别对 时 分 进行校准 计数器在数字系统中应用广泛 如在电子计算机的控制器中对指令地址进 行计数 以便顺序取出下一条指令 在运算器中作乘法 除法运算时记下加法 减法次数 又如在数字仪器中对脉冲的计数等等 计数器可以用来显示产品的 工作状态 一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作 它主要的指标在于计数器的位数 常见的有3 位和 4 位的 很显然 3 位数的 计数器最大可以显示到 999 4 位数的最大可以显示到 9999 本次试验主要用 74160 等芯片设计电路图 设计秒脉冲 MCLK 和一个手动校 正脉冲 TMCLK 信号发生器产生稳定的脉冲信号 作为电子表的计时标准 具有 时分秒 的十进制数字显示 小时为 24 进制 分秒为 60 进制 当正常计数时 秒脉冲连接到计数器上 手动脉冲无效 校对时间时 手动脉冲连接到计数器上 秒脉冲无效 该电子表只对分钟和小时进行校正 可以在任意时间调节时间 在任 意时间按下复位键 可将电子表复位清零 对于 74160 的认识也更一步的加深 它可以改装成二进制计数器 十进制计 数器和任意进制计数器 在日后的学习生活中具有十分重要的地位 我们应该学 好这个元器件 并能够熟练运用于以后的学习与创造中 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 5 第第 1 章章 设计内容和设计内容和功能功能 1 1 74160 元器件介绍元器件介绍 74160 是十进制计数器 当计数到 1001 时 输出进位 RCO 1 ENT 和 ENP 为使能端 正常工作时为 1 CLRN 为清零端 低电平有效 LDN 低电平有效 CLK 为输入工作信号 表 1 1 74160 功能 电子表的设计过程中分别有实现秒 分 小时的功能 秒功能是由两个 74160 构成模六 十来实现的 当每满六十秒时向分钟进位 同样分功能也是由两个 74160 构成模六十来实现的 小时功能是由两个 74160 构成模二十四来实现的 当每满二十四小时时清零 其中应注意的是 小时进位的产生由分和秒共同控制的 数字钟电路的结构框图 ENPENTLDNCLRNCLK功能 1111上升沿正常计数 01上升沿同步设初态 01 保持 RCO 1 进位 011 保持 RCO 0 0 异步清 0 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 6 1 2 功能描述功能描述 数字钟电路的结构框图 数字钟工作原理 脉冲信号经分频电路输出标准的秒脉冲信号 作为秒计时脉冲 秒计数器计满 60 后向分计数器产生进位脉冲 分计数器计满 60 后向时计数器产生进位脉冲 时计 数器按模 24 的规律计数 计数器的输出经显示译码器译码后送显示器显示 当电 路计时出现误差时 可以由校时电路分别对 时 分 进行校准 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 7 第第 2 章章 设计原理设计原理 2 1 基本电路图基本电路图 图 2 1 计时电路图 1 右边 2 个 74160 实现秒 60 进位 m 7 0 输出是 01011001 时 MCLK 上升沿 置零 m 7 0 00000000 实现了模 60 的功能 中间 2 个 74160 原理一 样 2 左边 2 个 74160 实现小时 24 进位 s 7 0 输出为 00100011 时 当分位 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 8 进位时 置零 s 7 0 00000000 实现了模 24 的功能 图 2 2 校时电路图 1 K1K0 为校时控制端 TCLK 为校时脉冲 RESET 为复位端 2 当正常计数时 秒脉冲连接到计数器上 手动脉冲无效 3 当校时时 把手动脉冲连接到计数器的相应位上 使秒脉冲无 效 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 9 图图 2 3 封装后的电路图封装后的电路图 1 K1K0 为校时控制端 TCLK 为校时脉冲 RESET 为复位端 2 RW 为液晶读写信号 EN 为液晶使能信号 3 Block1 为图 2 1 封装后的元器件 4 Lcd1602 为图 2 2 封装后的元器件 5 图中的各个引脚已将添加 已经具备一个电子表工作所需的基本条件 了 6 RESET 为复位按钮 正常工作时为 1 摁下去之后 RESET 为 0 电子表全部清 零 K0 K1 是用来实现对电子表的调节 能调节分钟和小时 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 10 第第 3 章章 设计原理详析设计原理详析 3 1 计数原理计数原理 正常工作时 K1K0 为 00 或者 11 工作脉冲为 MCLK 连接到计数器上 手动脉冲 TCLK 无效 RESET 为 1 CLRN 1 清零端无效 0346 KK TCLK K K MCLK KK K K TCLK K K MCLK K K 0 1 0101 01 0101 FFFFMLDNFLDNSEN MLDNFEN SENTSEN SHICLK FENTFEN FENCLK 秒低位片 当 M3M2M1M0 1001 时 RCO 1 产生进位 使秒高位 ENT ENP 都 为 1 正常工作 当 M6M4M3M0 1111 时 表示时间为 59 秒 MLDN 0 输出端 清零 TFEN 为分钟低电位片的使能端 正常工作下 K1K0 11 或 00 由此可看出只有时间为 59 秒下一个上升沿到来时分钟才MLDNFENTFEN 变化一次 分钟的脉冲信号 FENCLK MCLK TFLDN FLDN 由此可看出只有当时间为 59 分 59 秒下一个上升沿到来时分MLDN F6F4F3F0 钟才清零 同时结合以下文字可看出小时也加一 当MLDNFENTFEN M6M4M3M0 1111 时 MLDN 0 秒产生进位 使分钟加 1 TSEN 为小时的使能 端 正常工作下 TSEN 小时的脉冲信号为FLDNSEN MLDN F6F4F3F0 SHICLK MCLK TSLDN SLDN SEN 1 时 小时开始加 1 FLDN S5S1S0 且当 S5S1S0 111 F6F4F3F0 1111 M6M4M3M0 1111 在下一个上升沿到来 时输出全部为 0 即为清零 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 11 3 2 校时电路原理校时电路原理 1 只对分钟和小时校正 2 设置秒脉冲 MCLK 和一个手动校时脉冲 TCLK 3 当正常计数时 秒脉冲连接到计数器上 手动脉冲无效 4 当校时时 把手动脉冲连接到计数器的相应位上 使秒脉冲无效 5 当手动脉冲有上升沿时 相应的位加 1 其它位照常计数 不受校时手动脉冲影 响 6 设置 2 个功能选择按钮 实现下表的功能 表 3 2 校正原理功能表 以上 4 个功能的说明如下 正常计数 时钟全部是秒脉冲 使能端分别是 FEN SEN 调节分钟 分钟时钟是手动脉冲 分钟使能端分别是 1 小时正常计数 调节小时 小时时钟是手动脉冲 小时使能端分别是 1 分钟正常计数 调节按钮电路公式 FENTSEN SHICLK FENTFEN FENCLK 0 1 0101 01 0101 KK TCLK K KMCLK KK K K TCLK K KMCLK K K 7 某位调节到最大值时候 不向高位进位 执行清零 调节分钟到 59 后 TFLDN 0 使分钟清零 调节小时到 23 后 TSLDN 0 使小时清零 清零公式 SLDN F K FLDN F K 01501 034601 FFKTSLDN FFFKTFLDN 正常计数时 TFLDN FLDN 1 F K 034601 FFFK TSLDN SLDN1 F K 01501 FFK k0 k1 功能 FENCLKTFENSHICLKTSEN 00 正常计数 MCLKFENMCLKSEN 01 调节分钟 TCLK1MCLKS N 10 调节小时 MCLKFENTCLK1 11 正常计数 MCLKFENMCLKSEN 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 12 第第 4 章仿真波形与分析章仿真波形与分析 4 1 计时计时 4 11 秒计时秒计时 59 秒后 下一上升沿进行清零 同时分加 1 4 12 分钟计时分钟计时 59 分 59 秒进位清零 变成 1 小时 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 13 4 13 小时计时小时计时 23 小时 59 分 59 秒进位清零 重新从 0 小时 0 分 0 秒开始计时 4 2 调调节节 4 21 分钟可调分钟可调 当 K0 为 1 K1 为 0 时对分钟进行调节 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 14 4 22 小时可调小时可调 当 K0 为 0 K1 为 1 时对小时进行调节 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 15 第第 5 章章 LCD 液晶显示器实现液晶显示器实现 5 1 LCD 液晶显示器液晶显示器 5 1 1 LCD 液晶显示器源程序液晶显示器源程序 library IEEE use IEEE STD LOGIC 1164 ALL use IEEE STD LOGIC ARITH ALL use IEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL entity LCD1602 is Port Clk in std logic 状态机时钟信号 同时也是液晶时钟信号状态机时钟信号 同时也是液晶时钟信号 R0 R1 R2 in std logic vector 7 downto 0 rs buffer std logic rw out std logic 液晶读写信号液晶读写信号 en out std logic 液晶使能信号液晶使能信号 Clk Out buffer std logic 除输出的秒脉冲除输出的秒脉冲 d buffer std logic vector 7 downto 0 LCD 的数据线的数据线 end LCD1602 architecture Behavioral of LCD1602 is type xianshi is array 0 to 31 of std logic vector 7 downto 0 显示缓冲显示缓冲 signal qx xianshi others 00100000 type state is clear ids dlnf dcb ddram1 outdata1 ddram2 outdata2 ddram2 signal Count std logic vector 15 downto 0 signal LCLK OUT std logic signal Counts integer range 0 to 3000000 0 std logic vector 22 downto 0 signal Current State state signal tempa std logic vector 4 downto 0 00000 begin process Clk Out clk 秒脉冲秒脉冲 begin if rising edge clk then Counts Counts 1 if Counts 3000000 then 10000000 是是 1 秒秒 Clk Out not Clk Out 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 16 end if end if end process qx 2 0011 qx 3 0011 qx 5 00111010 qx 7 0011 qx 8 0011 qx 10 00111010 qx 12 0011 qx 13 0011 process Clk LClk Out LCD 用脉冲用脉冲 LClk Out 6ms begin if rising edge clk then Count Count 1 if Count 0 then LClk Out not LClk Out end if end if end process en LClk Out process LClk Out Current State 液晶驱动控制器液晶驱动控制器 begin if rising edge LClk Out then rs 0 写指令写指令 rw d 00000001 01H 清屏清屏 Current State d 00111000 38H 5 7 Current State d 00000110 06H l to r Current State d 00001100 0cH Current State 显示第一行显示第一行 d 10000000 tempa 3 downto 0 Current State rs 1 d qx conv integer tempa tempa tempa 1 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 17 if tempa 10000 then Current State ddram2 else Current State 显示第显示第 2 行行 d 11000000 tempa 3 downto 0 Current State RS 1 d qx conv integer tempa tempa tempa 1 if tempa 00000 then Current State ddram1 else Current State null end case end if end process end Behavioral 5 1 2 LCD 显示器封装显示器封装 LCD 显示器源程序封装后即为顶层电路中的 LCD1602 如图 5 1 所示 5 1 显示器封装后的元器件即 lcd1602 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 18 第第 6 章章 下载验证下载验证 1 安装驱动程序 先把实验板接好 然后 我的电脑 属性 硬件 设备管理器 自 动搜索出一个设备 到安装路径下找到 USB Blaster 2 下载 设置器件 选菜单 Assignments Device 打开 共有 10 个步骤 选 Cyclone ii 选 EP2C5T144C8 击按钮 Device Pin Option 开选项卡 Dual Purpose Pins Use as regular i o 如图所示 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 19 设置引脚 再 下载 选 Tools Programmer 进入下