數(shù)電課程設(shè)計--實現(xiàn)多功能數(shù)字鐘

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)EDA課程設(shè)計報告</p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號： </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化三班

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 　 </p><p><b>　　2015年6月4日</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、實驗任務(wù)1&l

3、t;/b></p><p><b>　　二、實驗?zāi)康?</b></p><p><b>　　三、關(guān)鍵詞2</b></p><p><b>　　四、內(nèi)容摘要2</b></p><p><b>　　五、總體方案3</b></p>&

4、lt;p>　　六、功能模塊設(shè)計4</p><p><b>　　60進制計數(shù)器4</b></p><p><b>　　24進制計數(shù)器6</b></p><p>　　秒、分、小時基本功能電子時鐘8</p><p><b>　　校時校分模塊10</b></p&g

5、t;<p><b>　　整點報時模塊11</b></p><p><b>　　時段控制模塊13</b></p><p>　　頂級模塊（附加校時校分、整點報時、時段控制）14</p><p><b>　　其他模塊16</b></p><p>　　七、選用芯片

6、型號和定義芯片管腳號19</p><p>　　八、 課程設(shè)計中遇到問題和解決方法19</p><p>　　九、《課程設(shè)計》項目中問題討論20</p><p>　　十、 《課程設(shè)計》項目的特點和實用性21</p><p>　　十一、課程設(shè)計項目完成的最終結(jié)論21</p><p>　　十二、 心得體會21<

7、;/p><p>　　十三、 參閱教材及文獻21</p><p><b>　　實現(xiàn)多功能數(shù)字鐘</b></p><p><b>　　一、實驗任務(wù)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O(shè)計要求：</b></p><p>　　1、設(shè)計簡易數(shù)字鐘，即小時計數(shù)

8、器為8421BCD碼24進制 ；分和秒計數(shù)器為8421BCD碼60進制計數(shù)器；</p><p>　　2、設(shè)計校〝時〞和校〝分〞模塊；</p><p>　　3、設(shè)計整點報時模塊； </p><p>　　4、設(shè)計時段控制模塊；</p><p>　　5、學(xué)生自行開發(fā)設(shè)計模塊選項一；</p><p>　　6、學(xué)生自行開發(fā)設(shè)計模

9、塊選項二。</p><p>　　設(shè)系統(tǒng)示意框圖如下圖所示：</p><p>　?。ǘ┦褂玫能浖坝布?lt;/p><p>　　1、quartus9.1和quartus11軟件</p><p>　　2、FPGA實驗開發(fā)裝置</p><p><b>　　二、實驗?zāi)康?lt;/b></p>&l

10、t;p>　?、?課程設(shè)計是一實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是針對《數(shù)字電子技術(shù)》課程的要求，結(jié)合實踐對學(xué)生進行綜合設(shè)計性訓(xùn)練，在自學(xué)和實踐訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐，獨立地解決實際問題；與此同時熟悉和了解現(xiàn)代EDA技術(shù) 。為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和工作打下實踐基礎(chǔ)。</p><p>　?、?通過課程設(shè)計是使學(xué)生熟悉和了解可編程專用邏輯電路的設(shè)計、開發(fā)流程，熟悉和了解現(xiàn)代EDA設(shè)計工具 QuartusⅡ，初步掌握Verilog HDL

11、語言的編程方法，掌握數(shù)字電子系統(tǒng)層次化的設(shè)計方法。</p><p>　　⒊ 提高學(xué)生應(yīng)用計算機技術(shù)進行小型數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計和輔助分析的能力；</p><p>　　⒋ 學(xué)習(xí)書寫課程設(shè)計報告 ;</p><p>　?、?學(xué)會理論聯(lián)系實踐會做事；培養(yǎng)認(rèn)真、規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng) ！</p><p><b>　　三、關(guān)鍵詞</b>&

12、lt;/p><p>　　數(shù)字鐘，校時校分，時段控制，整點報時，分段控制，原理圖，</p><p>　　Verilog語言，仿真，quartus9.1，quartus11，F(xiàn)PGA </p><p><b>　　四、內(nèi)容摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率進行計數(shù)的計數(shù)電路。它的計時周期是24小時

13、，由于計數(shù)器的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致所以采用校準(zhǔn)功能和報時功能。 </p><p>　　數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、校準(zhǔn)電路、報時電路、時計數(shù)、分計數(shù)、秒計數(shù)器，振蕩電路和單次脈沖產(chǎn)生電路組成。其中電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時”、“分”、“秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準(zhǔn)電路、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來

14、實現(xiàn)，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個時脈沖信號，該信號將被送到時計數(shù)器。時計數(shù)器采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的計時。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)通過顯示驅(qū)動電路，七段顯示譯碼器譯碼，在經(jīng)過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系

15、統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)低、高音報時。校準(zhǔn)電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。</p><p>　　基本核心模塊是數(shù)字鐘，進而設(shè)計校時校分、整點報時和時段控制模塊，同時還可以加上其他研發(fā)模塊共同組成本次的課程設(shè)計。</p><p><b>　　五、總體方案</b></p><p><b

16、>　　六、功能模塊設(shè)計</b></p><p><b>　　60進制計數(shù)器</b></p><p>　　S＝60的8421BCD碼計數(shù)器參考模塊原理圖</p><p>　　S＝60的8421BCD碼計數(shù)器參考模塊Verilog語言</p><p>　　S＝60的8421BCD碼計數(shù)器的仿真波形</

17、p><p>　　S=60的8421BCD碼計數(shù)器模塊原理圖打包圖</p><p>　　分析：60進制計數(shù)器是電子時鐘的秒計數(shù)，由兩個74161和多個邏輯門組成，實現(xiàn)每一個時鐘信號上跳沿加一從0到59，清零并輸出一個進位信號。</p><p><b>　　24進制計數(shù)器</b></p><p>　　M=24的8421BCD碼計

18、數(shù)器模塊原理圖</p><p>　　M=24的8421BCD碼計數(shù)器模塊Verilog語言</p><p>　　M=24的8421BCD碼計數(shù)器的仿真波形</p><p>　　M=24的8421BCD碼計數(shù)器模塊原理圖打包圖</p><p>　　分析：24進制計數(shù)器是電子時鐘的時計數(shù)器，由兩個74161和多個邏輯門組成，實現(xiàn)每一個時鐘信號上跳

19、沿加一從0到23，清零。</p><p>　　秒、分、小時基本功能電子時鐘</p><p>　　秒、分和小時模塊的級聯(lián)原理圖</p><p>　　秒、分和小時模塊的級聯(lián)仿真波形</p><p><b>　　秒鐘進位</b></p><p><b>　　分鐘進位</b><

20、/p><p><b>　　小時進位清零</b></p><p>　　秒、分和小時模塊的級聯(lián)文件的打包圖</p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　簡易數(shù)字電子鐘由兩個60進制的模塊和一個24進制的模塊級聯(lián)構(gòu)成，其核心元件是74161加一計時器，秒鐘隨著cps的上跳沿進行加一功能，實

21、現(xiàn)秒鐘60進位并秒鐘清零，分鐘60進位并且分鐘清零，時鐘24進位并且全部清零，初步實現(xiàn)了電子鐘的功能。</p><p><b>　　校時校分模塊</b></p><p><b>　　校時校分模塊原理圖</b></p><p>　　校時校分模塊Verilog語言</p><p>　　分析：本模塊核心元

22、器件是兩個21mux二選一數(shù)據(jù)選擇器，分別校時校分，當(dāng)SWH端輸入高電平時，開始校時，時鐘位開始隨著CP信號開始加一。當(dāng)SWM端輸入高電平時，開始校分，分鐘位開始隨著CP信號開始加一。</p><p><b>　　整點報時模塊</b></p><p><b>　　整點報時模塊原理圖</b></p><p>　　整點報時模塊

23、的Verilog語言</p><p>　　分析：當(dāng)分鐘位到59，秒鐘位到51、53、55、57時，輸出500HZ的信號，秒鐘到59時，輸出1KHZ的高頻信號。</p><p><b>　　時段控制模塊</b></p><p><b>　　時段控制原理圖</b></p><p>　　分段控制模塊的Ve

24、rilog語言：</p><p>　　分析：由兩個7485和邏輯門電路組成，實現(xiàn)早上6點整到晚上19點整，輸出Z信號為低電平，晚上19點整到早上6點整輸出的Z信號為高電平。</p><p>　　頂級模塊（附加校時校分、整點報時、時段控制）</p><p><b>　　頂級文件打包圖形</b></p><p><b&

25、gt;　　校時校分仿真波形</b></p><p><b>　　整點報時仿真波形</b></p><p><b>　　時段控制仿真波形</b></p><p><b>　　其他模塊</b></p><p>　　分頻器模塊（div_zh01）</p>&

26、lt;p>　　分析：分頻器模塊（div_zh01）達(dá)到的是將硬件發(fā)出的信號分頻成幾個不同頻率的功能。</p><p>　　數(shù)碼管模塊（decode4_7）</p><p>　　分析：數(shù)碼管模塊（decode4_7）達(dá)到的是將編程中產(chǎn)生的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為7段位數(shù)碼管顯示器在硬件的功能。</p><p>　　Verilog語言描述成的電子鐘模塊</p&

27、gt;<p><b>　　文件打包</b></p><p><b>　　整體電路</b></p><p><b>　　開發(fā)板下載實現(xiàn)功能</b></p><p>　　七、選用芯片型號和定義芯片管腳號</p><p>　　課程設(shè)計中遇到問題和解決方法</p&g

28、t;<p>　　數(shù)字電路課程設(shè)計一共持續(xù)了兩周，由于平時我們上理論課時，任課老師朱如琪老師很認(rèn)真負(fù)責(zé)，讓我們有做過相關(guān)的EDA仿真練習(xí)，因此本次課設(shè)前期做起來并不是特別吃力，到后面引腳的定義和分頻器，數(shù)碼管模塊，由于平時沒有接觸，開始我們都摸不著頭腦，上網(wǎng)也找不到合適的模塊，不過后來老師有給我們相關(guān)模塊，并教會我們?nèi)绾问褂?，問題迎刃而解。等我們將模塊做完，管腳定義好之后，接下來就是就是將我們的原理圖與開發(fā)板相連了，這時候Q

29、uartus11的使用又成為當(dāng)時我們所面對的最大的難題了，好在應(yīng)用軟件都是人性化的，在參考了同學(xué)們的使用步驟后，老師的建議后，我很快學(xué)會了使用這個軟件，也完成了下載，在開發(fā)板上顯示了出來。</p><p>　　九、《課程設(shè)計》項目中問題討論</p><p>　?、?在QuartusⅡ9.1上如何對已進入文件夾內(nèi)的工程項目文件作編譯（分析與綜合）？</p><p>　

30、　新建一個vector waveform file，調(diào)出輸入信號，點擊setting，將文件導(dǎo)入，generate functional simuration netlist，最后點擊，開始運行，進行仿真。</p><p>　　⑵ 如何對已建文件夾內(nèi)的工程項目低層模塊作仿真？</p><p>　　雙擊單獨項目的打包文件，就能出現(xiàn)底層文件，這時候新建一個vector waveform fil

31、e，input simuratian時選擇底層文件，再進行余下步驟。</p><p>　?、?如何對已編譯和仿真的低層模塊創(chuàng)建或定義一新的邏輯符號</p><p><b>　　〝打包〞？ </b></p><p><b>　　點擊</b></p><p><b>　　選擇</b>

32、;</p><p>　　選擇creat symble files for current file，這樣就創(chuàng)建好了一個邏輯符號。</p><p>　?、?在QuartusⅡ11.1上 如何對已編譯通過的頂層工程圖形文件的芯片作</p><p><b>　　管腳定義及下載？</b></p><p>　　在quartus11

33、選擇指定目標(biāo)文件</p><p>　　選擇芯片系列和型號（EP4CE115F29C7）</p><p>　　分配引腳導(dǎo)入引腳文件</p><p><b>　　選定引腳文件</b></p><p><b>　　單擊開始編譯</b></p><p>　　下載驗證，將ED2-115

34、與PC連接好，裝好驅(qū)動，打開電源，單擊</p><p>　　《課程設(shè)計》項目的特點和實用性</p><p>　　課程設(shè)計將理論知識和實際相聯(lián)系起來，讓我們對數(shù)字電路這門課有了更深的認(rèn)識，盡管知識做了一個建議的電子鐘，但是至少讓我們對平時日常生活中的一些小的電子設(shè)備的原理有了一些了解。</p><p>　　十一、課程設(shè)計項目完成的最終結(jié)論</p><

35、;p>　　我做的電子鐘，包括基本的時鐘模塊，校時校分模塊，整點報時模塊，以及時段控制模塊，將原理圖做好后定義引腳，下載，在開發(fā)板上顯示，這一系列步驟，鍛煉了我們的動手能力。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　兩周的課程設(shè)計，讓我受益匪淺，平時書本上生硬的知識在這一段時間變成了現(xiàn)實，讓我們確切的體會到了數(shù)電在實際生活中的應(yīng)用，當(dāng)然也

36、讓我們明白了理論和實際也是有很大差距的，掌握了理論知識并不代表著在實際中也能處理，我們是工科專業(yè)，動手能力是一項很重要的技能，因此課程設(shè)計對我們是不可或缺的。就像數(shù)電*老師說的那樣，學(xué)完這門課，我們不僅僅掌握了理論知識，還能夠出去做事了。</p><p><b>　　參閱教材及文獻</b></p><p>　　康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分第六版[M ].北京:高等教育