数字逻辑课程设计-—数字钟

数字逻辑课程设计数字钟班级：计114学号：姓名：石险峰指导老师：苏小虎一、 任务与要求设计任务：设计一个具有整点报时功能的数字钟要求：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数字钟。 2、有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间。3、计时过程具有整点报时功能，当时间到达整点前10秒进行报时。4、用中小规模集成电路组成数字钟，并在实验箱上进行组装、调试。5、画出框图和逻辑电路图。功能：1、计时功能： 要求准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。小时的计时要求为“23翻1”。2、校时功能： 当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（简称校时）。校时是数字钟应具备的基本功能，一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。3、整点报时： 每当数字钟计时快要到整点时发出声响，此实验设计当时钟计时到59分50秒时开始报时，持续10秒。二、设计方案电路组成框图：图1 数字钟电路组成框图数字钟电路是一个典型的数字电路系统，其由时、分、秒计数器以及校时和显示电路组成。其主要功能为计时、校时和报时。利用60进制和24进制递增计数器子电路构成数字钟系统，由2个60进制同步递增计数器完成秒、分计数，由24进制同步递增计数器完成小时计数。秒、分、时之间采用同步级联的方式。按键func_sel产生单脉冲，控制数字钟在计时/校时/校分/校秒四个状态间切换。报时功能为整点来临时蜂鸣器发出声响。三、设计和实现过程1. 各部分电路的设计过程（1）时分秒计数器的设计时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。秒/分钟显示电路 ：由于秒钟与分钟的都是为60进制的，所以它们的电路大体上是一样的，都是由一个10进制计数器和一个6进制计数器组成；有所不同的是分钟显示电路中的10进制计数器的ENP和ENT引脚是由秒钟显示电路的进位信号控制的。分和秒计数器都是模M=60的计数器，其计数规律为0001585900 。可选两片74LS160设计较为简单。 时计数器是一个“23翻0”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。可选两片74LS160设计。图 2 60进制同步递增计数器 图3 24进制同步递增计数器（2） 校时电路的设计校时模块采用AHDL语言描述，源码如下：SUBDESIGN COUNT_CONTROL(FUNC_SEL:INPUT;SETN:INPUT;SEC_CO,MIN_CO:INPUT;SEC_EN,MIN_en,HOUR_EN:OUTPUT;)VARIABLEQ1.0:DFF;BEGINQ.CLK=FUNC_SEL;Q=Q+1;IF(q3)THEN Q=0;END IF;CASE Q ISWHEN 0=SEC_EN=VCC; MIN_EN=SEC_CO; HOUR_EN=MIN_CO;WHEN 1=SEC_en=gnd; min_en=gnd; hour_en=!setn;when 2=sec_en=gnd; min_en=!setn; hour_en=gnd;when 3=sec_en=!setn; min_en=gnd; hour_en=gnd; end case;end; （3）整点报时电路的设计因报时须在59分50秒开始，故可在分计时电路引出“5”“9”状态，秒计时电路引出“5”“0”状态，用与门连接后即可接到蜂鸣器，起到报时作用。电路部分截图如下：图 5 报时电路（4）显示电路及完整原理图图表 1显示电路1/相关器件源码counter6subdesign counter6(clk:input;q2.0:output;)variabless:machine of bits(q2.0)with states(s0=0, s1=1, s2=2, s3=3, s4=4, s5=5);beginss.clk=clk;tabless=ss;s5=s4;s4=s3;s3=s2;s2=s1;s1=s0;s0=s5;end table;end;select_dispsubdesign select_disp(sel2.0:input;in03.0:input;in13.0:input;in23.0:input;in33.0:input;in43.0:input;in53.0:input;out3.0:output;)begincase sel iswhen 0=out=in0;when 1=out=in1;when 2=out=in2;when 3=out=in3;when 4=out=in4;when 5=out=in5;end case;end;deledSUBDESIGN deled(num3.0:INPUT;a,b,c,d,e,f,g:OUTPUT;)BEGINTABLENUM3.0=a,b,c,d,e,f,g;H0 =1,1,1,1,1,1,0;H1 =0,1,1,0,0,0,0;H2 =1,1,0,1,1,0,1;H3 =1,1,1,1,0,0,1;H4 =0,1,1,0,0,1,1;H5 =1,0,1,1,0,1,1;H6 =1,0,1,1,1,1,1;H7 =1,1,1,0,0,0,0;H8 =1,1,1,1,1,1,1;H9 =1,1,1,1,0,1,1;HA =1,1,1,0,1,1,1;HB =0,0,1,1,1,1,1;HC =1,0,0,1,1,1,0;HD =0,1,1,1,1,0,1;HE =1,0,0,1,1,1,1;HF =1,0,0,0,1,1,1;END TABLE;END;图表 2数字钟原理图3.部分电路的仿真图（1）秒向分产生进位时，秒计数器高位计满，分进位信号的波形（2）分向时产生进位时，分计数器高位计满，时进位信号的波形（3）时计数器（24进制）的输出波形（4）整点时，报时输出信号的波形图中由低电平变为高电平的时刻为分钟59秒钟为50的时刻，持续十秒为高电平，意为报警显示。4.实物电路组装调试的方法、调试过程及遇到的问题：根据电路图进行实物的连接。首先分别进行秒、分、时电路的连接，进行调试，实现成功后再进行校时电路的连接，检验分校时的开关是否正确，然后检验时校时的开关。最后连接报时电路。连接完成将分调到59分，观察当秒为50时是否发声报警。调试分、秒时，如果到59后立刻清零则表示运行正常。调试小时部分时，如果在计数到23，下一时刻就清零则表示运行正常。校时电路的调试为按下逻辑开关后，所对应的校时部分和秒同步，再按下后则停止。报时电路的调试为：先将分调到59分，在秒到50时，蜂鸣器发出声响，持续十秒。电路连接好后，打开电源有时会出现LED数码显示不稳定的现象，可能是数字电子技术试验箱接触不良的问题。5.设计结论此次的数字钟设计需要先进行仿真，再将电路连接出来，只有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。四、经验、体会总结在此次的数字钟设计过程中,让我更深刻的了