數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)---多功能數(shù)字鐘

1、<p>　　數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　——多功能數(shù)字鐘</b></p><p>　　數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　——多功能數(shù)字鐘</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p>&

2、lt;p>　　擁有正常的時(shí)·分·秒功能。</p><p>　　能利用實(shí)驗(yàn)板上的按鍵實(shí)現(xiàn)校時(shí)·校分·及清零功能。</p><p>　　能利用實(shí)驗(yàn)板上的揚(yáng)聲器做整點(diǎn)報(bào)時(shí)。</p><p><b>　　鬧鐘功能。</b></p><p>　　在MAXPLUS2中采用層次化設(shè)計(jì)方法進(jìn)

3、行設(shè)計(jì)。</p><p>　　完場全部電路設(shè)計(jì)后在實(shí)驗(yàn)板上下裝，驗(yàn)證設(shè)計(jì)課題的正確性。</p><p>　　多功能數(shù)字鐘的總體設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　根據(jù)總體設(shè)計(jì)框圖，可以將整個(gè)系統(tǒng)分為6個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)，分別是計(jì)時(shí)模塊·校時(shí)模塊·整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊

4、83;分頻模塊·動(dòng)態(tài)顯示模塊及鬧鐘模塊。</p><p><b>　　計(jì)時(shí)模塊</b></p><p>　　該模塊的設(shè)計(jì)相對簡單，使用一個(gè)二十四進(jìn)制和兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，構(gòu)成數(shù)字鐘的基本框架。二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器用于計(jì)時(shí)，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器用于計(jì)分與計(jì)秒。只要給秒計(jì)數(shù)器一個(gè)1HZ的時(shí)鐘脈沖，則可以進(jìn)行正常的計(jì)時(shí)。分計(jì)數(shù)器以秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位作為計(jì)數(shù)脈沖，小時(shí)計(jì)數(shù)器以

5、分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位作為計(jì)數(shù)脈沖。</p><p><b>　　二十四進(jìn)制原理圖</b></p><p><b>　　生成的器件圖</b></p><p>　　六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖</p><p><b>　　生成的器件圖</b></p><p><b&

6、gt;　　校時(shí)模塊</b></p><p>　　校時(shí)模塊設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)校時(shí)·校分以及秒清零的功能。</p><p>　　按下校時(shí)鍵，小時(shí)計(jì)數(shù)器迅速遞增以調(diào)至所需的小時(shí)位。</p><p>　　按下校分鍵，分計(jì)數(shù)器迅速遞增以調(diào)至所需要的分位。</p><p>　　按下清零鍵將秒計(jì)數(shù)器清零。</p><p&

7、gt;　　可以選擇實(shí)驗(yàn)板上的三個(gè)脈沖按鍵進(jìn)行鎖定。</p><p>　　對此模板的設(shè)計(jì)，有三個(gè)需要注意的問題：</p><p>　　在校分時(shí)，分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)不應(yīng)對小時(shí)產(chǎn)生影響，因而需要屏蔽此時(shí)分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)以防止小時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。</p><p>　　按鍵“抖動(dòng)”的消除。</p><p>　　所謂“抖動(dòng)”是指一次按鍵時(shí)的彈跳現(xiàn)象，通常實(shí)驗(yàn)板

8、中按鍵所用的開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵開關(guān)在閉合時(shí)并不能馬上接通，而斷開時(shí)也不能馬上斷開，使得閉合及斷開的瞬間伴隨一系列的電壓抖動(dòng)，從而導(dǎo)致本來一次按鍵，希望計(jì)數(shù)一次，結(jié)果因?yàn)槎秳?dòng)計(jì)數(shù)多次，且次數(shù)隨機(jī)，這樣嚴(yán)重影響了時(shí)間的校對。</p><p>　　消除抖動(dòng)較為簡單的方法是利用觸發(fā)器，比如可以使用D觸發(fā)器進(jìn)行消抖，原因在于，D觸發(fā)器邊沿觸發(fā)，則在除去時(shí)鐘邊沿到來前一瞬間之外的絕大部分時(shí)間都不

9、能輸入，自然消除了抖動(dòng)。</p><p>　　計(jì)時(shí)采用1HZ的脈沖驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，而校對時(shí)間時(shí)應(yīng)選用相對頻率較高的信號(hào)計(jì)數(shù)器已達(dá)到快速校對時(shí)間的目的。這兩種計(jì)數(shù)脈沖之間需要進(jìn)行選擇切換。兩種脈沖信號(hào)用二路選擇器進(jìn)行選擇，選擇條件為是否按鍵。</p><p>　　計(jì)時(shí)與校時(shí)模塊的原理圖：</p><p><b>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊</b></

10、p><p>　　該模塊的功能要求是：計(jì)時(shí)到59分50秒時(shí)，每隔兩秒一次低音報(bào)時(shí)，整點(diǎn)時(shí)進(jìn)行高音報(bào)時(shí)，可以將報(bào)時(shí)信號(hào)接到實(shí)驗(yàn)板上的揚(yáng)聲器輸出。而以不同頻率的脈沖信號(hào)區(qū)分低音和高音報(bào)時(shí)。比如此時(shí)可以用500HZ信號(hào)進(jìn)行低音報(bào)時(shí)，用1KHZ作為高音報(bào)時(shí)信號(hào)。</p><p>　　此時(shí)報(bào)時(shí)的條件是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至所要求的時(shí)間點(diǎn)，因而需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較模塊，將分計(jì)數(shù)器和秒計(jì)數(shù)器的輸出連接比較模塊輸入端完成比較

11、過程</p><p>　　報(bào)時(shí)模塊的VHDL描述：</p><p>　　報(bào)時(shí)模塊的生成器件圖：</p><p><b>　　分頻模塊</b></p><p>　　本模塊中需要用到多種不同頻率的脈沖信號(hào)，上至高音報(bào)時(shí)信號(hào)，下至1KHZ的計(jì)秒脈沖。所有這些脈沖信號(hào)均可以通過一個(gè)基準(zhǔn)頻率分頻器生產(chǎn) ?；鶞?zhǔn)頻率分頻器就是一個(gè)進(jìn)制

12、很大的計(jì)數(shù)器，利用計(jì)數(shù)器的分頻動(dòng)能，從而不同的輸出位得到不同的脈沖信號(hào)。</p><p>　　分頻器的生成器件圖：</p><p>　　分頻模塊實(shí)現(xiàn)的原理圖</p><p><b>　　動(dòng)態(tài)顯示模塊</b></p><p>　　時(shí)間的顯示需要用到6個(gè)數(shù)碼管，如果實(shí)驗(yàn)板上有可用的靜態(tài)數(shù)碼管有6個(gè)或者6個(gè)以上，則很容易實(shí)現(xiàn)顯

13、示，只需要將小時(shí)高位到秒低位共6組輸出按順序鎖定到6個(gè)數(shù)碼管上即可。但如果資源不足，則無法完整顯示6位時(shí)間。在這種情況下，需要采用動(dòng)態(tài)掃描的方式實(shí)現(xiàn)時(shí)間的顯示。</p><p>　　在動(dòng)態(tài)掃描下，所用的數(shù)碼管對應(yīng)同一組七段碼，每一個(gè)數(shù)碼管有一個(gè)選擇端控制點(diǎn)亮或者熄滅，如果全部點(diǎn)亮，則都顯示相同的數(shù)字，如要實(shí)現(xiàn)6位不同時(shí)間的顯示，則可以利用人的視覺缺陷。</p><p>　　具體來講，可以在

14、6個(gè)不同的時(shí)間段分別將每組時(shí)間經(jīng)過七段譯碼后輸出到6個(gè)數(shù)碼管，當(dāng)某一組時(shí)間的七段碼到達(dá)時(shí)，只點(diǎn)亮對應(yīng)位置上的數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的數(shù)字；下一組循環(huán)將相鄰一組時(shí)間的七段碼送至數(shù)碼管，同樣只點(diǎn)亮相應(yīng)位置的數(shù)碼管，6次一循環(huán)，形成一個(gè)掃描序列。只要掃描頻率超過人眼的視覺暫留頻率（24HZ），就可以達(dá)到點(diǎn)亮單個(gè)數(shù)碼管，卻能享有6個(gè)同時(shí)顯示的視覺效果，人眼辨別不出來差別，而且掃描頻率越高，顯示的越穩(wěn)定。</p><p>　　動(dòng)

15、態(tài)顯示模塊生成器件圖：</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示模塊VHDL描述：</p><p>　　無鬧鐘的數(shù)字鐘原理圖：</p><p><b>　　鬧鐘模塊</b></p><p>　　鬧鐘模塊要求數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到任意所設(shè)定的時(shí)間均能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)時(shí)。該模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到以下幾個(gè)問題。</p><p>　　

16、設(shè)定的鬧鐘的時(shí)間應(yīng)使用新的計(jì)數(shù)器進(jìn)行儲(chǔ)存，與正常的計(jì)數(shù)器互不干擾。</p><p>　　新二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖：</p><p>　　新六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖：</p><p>　　與正常的計(jì)時(shí)狀態(tài)的顯示切換?？梢栽O(shè)定一個(gè)按鍵，用于選擇是將計(jì)時(shí)時(shí)間還是鬧鐘時(shí)間顯示到動(dòng)態(tài)顯示模塊上。</p><p>　　新的動(dòng)態(tài)顯示模塊VHDL描述：</

17、p><p>　　新的動(dòng)態(tài)顯示模塊生成器件圖：</p><p>　　應(yīng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較模塊，當(dāng)計(jì)時(shí)到與鬧鐘時(shí)間相等時(shí)，則驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器鳴叫。</p><p>　　比較模塊的VHDL描述：</p><p>　　比較模塊生成器件圖：</p><p>　　鬧鐘響聲應(yīng)限定在一分鐘中內(nèi)，且 在這段時(shí)間內(nèi)應(yīng)隨時(shí)可以通過按鍵取消鬧時(shí)狀態(tài)。<

18、/p><p>　?。?）將上述6個(gè)功能模塊分別加以實(shí)現(xiàn)，連接成如圖所示的頂層原理圖，編譯后鎖定管腳下載驗(yàn)證結(jié)果。</p><p>　　多功能數(shù)字時(shí)鐘完整原理圖：</p><p>　　數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p>　　通過半年的理論知識(shí)學(xué)習(xí)，對數(shù)字邏輯電路這門課程有了基本的了解，并學(xué)到一些知識(shí)。但是并沒有很深入的研究，更沒有思考過如何去

19、運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，所以平時(shí)的學(xué)習(xí)中總有一些馬馬虎虎。不過有了數(shù)邏的課程設(shè)計(jì)，見到那么先進(jìn)的儀器，并自己能做一些簡單的操作，感覺自己這樣才像一個(gè)大學(xué)生，心中有一種自豪感，成就感。在做課程設(shè)計(jì)的過程中，對課本上的知識(shí)有了更加深入的了解，自己哪里不會(huì)，就積極主動(dòng)的去看，去思考，發(fā)現(xiàn)原來這門課還是很有趣，有用的。有時(shí)間真希望把電子密碼鎖也做了。另外，在做的過程中，出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，多于這些錯(cuò)誤，分析出錯(cuò)的原因，找出錯(cuò)誤，并改掉，這種思維模式對以后的