EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字電子鐘

1、eda課程設(shè)計(jì)報(bào)告 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)班 級：學(xué) 號：姓 名：一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字鐘。具體要求如下：（1） 由實(shí)驗(yàn)箱上的時(shí)鐘信號經(jīng)分頻產(chǎn)生秒脈沖；（2） 計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器用24進(jìn)制計(jì)時(shí)電路；（3） 可手動(dòng)校時(shí)，能分別進(jìn)行時(shí)、分的校正；（4） 整點(diǎn)報(bào)時(shí)；選做：可設(shè)置鬧時(shí)功能，當(dāng)計(jì)時(shí)計(jì)到預(yù)定時(shí)間時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出鬧鈴信號，鬧鈴時(shí)間為4s，并可提前終止鬧鈴。二、 試驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握時(shí)十進(jìn)制、六進(jìn)制和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法。（2） 掌握多位計(jì)數(shù)器相連的設(shè)計(jì)方法。（3） 掌握多位共陰極掃描顯示數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)及編碼。三、總體設(shè)計(jì)方案本數(shù)字系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的基本的計(jì)時(shí)功能，輸入8hz的時(shí)鐘，通過分頻產(chǎn)

2、生1hz的時(shí)鐘信號，采用24/12小時(shí)制計(jì)時(shí)，能顯示時(shí)、分、秒。本系統(tǒng)還具有校正功能，可以進(jìn)行時(shí)分的校時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器運(yùn)行到59分59秒開始報(bào)時(shí)，另外還可以設(shè)定鬧鐘，當(dāng)按下鬧鈴開關(guān)時(shí)，可在規(guī)定時(shí)間鬧鈴，當(dāng)開關(guān)復(fù)位時(shí)，鬧鈴?fù)Ｖ?。本?shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對頻率(1hz)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)分頻后的1hz時(shí)間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字鐘的基本組成本數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn)可分為以下幾個(gè)模塊：(1) 秒計(jì)數(shù)模塊：秒計(jì)數(shù)，在頻率為1hz的時(shí)鐘下以60次為循環(huán)計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生進(jìn)位信號影響分計(jì)數(shù)； (2) 分計(jì)數(shù)模塊：分

3、計(jì)數(shù)，在秒進(jìn)位信號為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)一次，同樣以60次為一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生分進(jìn)位信號影響時(shí)計(jì)數(shù)；(3) 時(shí)計(jì)數(shù)模塊：時(shí)計(jì)數(shù)，在分進(jìn)位信號為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)一次，以24/12次為一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)；(4) 頻率產(chǎn)生模塊：產(chǎn)生8hz的計(jì)數(shù)頻率 ，通過分頻得到1hz頻率；(5) 時(shí)間顯示模塊：數(shù)碼管通過動(dòng)態(tài)顯示，同時(shí)進(jìn)行一定頻率的掃描顯示時(shí)，分，秒。(6) 時(shí)間設(shè)置模塊：設(shè)置調(diào)試使能端，可以調(diào)時(shí)，分，秒?；竟δ苁窃谑鼓芏藶楦唠娖綍r(shí)，可以使時(shí)和、分和秒循環(huán)計(jì)數(shù)；(7) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊：在秒計(jì)數(shù)到50秒時(shí)，同時(shí)分計(jì)數(shù)到59分開始，蜂鳴器產(chǎn)生四個(gè)時(shí)鐘周期的鳴叫，到整點(diǎn)是產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘周期的鳴叫。(8) 鬧鐘模塊：

4、在設(shè)定鬧鐘鬧鈴時(shí)間后，當(dāng)鬧鐘使能端有效時(shí)，可在鬧鈴時(shí)間鬧鈴，通過人工撥0后停鬧。一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器和定時(shí)器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、電路組成。分頻器電路：通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)數(shù)滿時(shí)則產(chǎn)生相應(yīng)的跳變，從而得到想要的的分頻后頻率。 時(shí)間計(jì)數(shù)單元：時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器或24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元：計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的累計(jì)以

5、8421bcd碼形式輸出，為了將計(jì)數(shù)器輸出的8421bcd碼顯示出來。試驗(yàn)箱上有幾種模式可供選擇，選擇模式5則自帶有顯示譯碼器，代碼中就可以直接送四位bcd碼給相應(yīng)端口就行。 校時(shí)電源電路：當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)將高電平信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，相應(yīng)的時(shí)分秒數(shù)值隨著時(shí)鐘脈沖信號跳變，校正好后，再按下使能鍵變?yōu)榈碗娖剑D(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)時(shí)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以

6、是實(shí)時(shí)語音提示。本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)框圖如下：校時(shí)電路秒計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器分譯碼器秒譯碼器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)顯示器報(bào)時(shí) 1hz振蕩器分頻器圖1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)由振蕩器、分頻器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度?！懊胗?jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒向“分計(jì)數(shù)器”進(jìn)位；“分計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分向“時(shí)計(jì)數(shù)器”進(jìn)位；“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。校時(shí)電路用來當(dāng)計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤

7、差時(shí)對“時(shí)、分、秒”進(jìn)行校對調(diào)整。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。本程序?qū)崿F(xiàn)的功能并不復(fù)雜，故本課程設(shè)計(jì)并未采用例化語句，而是將各個(gè)模塊的功能整合到一起，采用一個(gè)結(jié)構(gòu)體多個(gè)進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)。 四、調(diào)試過程程序完成后，首先要做的便是仿真，觀察仿真圖，改變相應(yīng)的輸入?yún)?shù)值看是否達(dá)到所要求的結(jié)果。輸入時(shí)鐘信號如下：相應(yīng)的產(chǎn)生仿真圖如下：從圖中可以看出，仿真結(jié)果正常，分秒可以正常跳變。其它功能也同樣可以通過更改輸入?yún)?shù)來觀察輸出的仿真結(jié)果，從而查看實(shí)現(xiàn)的功能。如下所示：從圖中可以看出，鬧鈴功能正常實(shí)現(xiàn)。圖中實(shí)現(xiàn)的是調(diào)節(jié)分位的時(shí)間，其它位的時(shí)間調(diào)節(jié)方法一致。從

8、圖中可以看出整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能也能實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生高電平使得蜂鳴器發(fā)聲。調(diào)時(shí)功能測試，從圖中可以看出，可以正常調(diào)節(jié)時(shí)間。部分rtl圖五、實(shí)驗(yàn)心得：本次課程設(shè)計(jì)是通過所學(xué)的eda知識，自主設(shè)計(jì)使用物品，將所學(xué)的知識運(yùn)用到實(shí)處，感覺收獲很大，以前學(xué)的時(shí)候都是學(xué)的理論上的知識，并沒有運(yùn)用到實(shí)際做具體的功能器件上來，通過這次的課程設(shè)計(jì)使我將理論的知識聯(lián)系到實(shí)際運(yùn)用中來，鞏固了以前學(xué)習(xí)的知識，并且有了新的收獲，進(jìn)一步熟悉了軟件運(yùn)用和實(shí)驗(yàn)箱的使用，增強(qiáng)了自我動(dòng)手能力。學(xué)習(xí)eda課程已經(jīng)過去一段時(shí)間，好多知識開始模糊，所以在實(shí)驗(yàn)過程中要經(jīng)常翻閱書本查詢相關(guān)知識，實(shí)驗(yàn)的過程也將書本的知識進(jìn)一步強(qiáng)化，對書本的知識有了新的認(rèn)

9、識，受益匪淺。在程序設(shè)計(jì)過程中容易將各個(gè)復(fù)合語句的范圍用錯(cuò)，從而出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，邏輯出現(xiàn)紊亂，有時(shí)是漏掉了某些語句或者是一些語法錯(cuò)誤，這些在編譯的時(shí)候都會(huì)有相應(yīng)的出錯(cuò)提示，順著提示去改正相對比較容易，不過也出現(xiàn)過幾次錯(cuò)誤出現(xiàn)的地方和提示出錯(cuò)的地方不一致，費(fèi)了很大力氣才解決，還有一種就是，編譯可以通過，但是結(jié)果不與預(yù)想的一致，一般進(jìn)程processend process不會(huì)出錯(cuò)，原因主要是進(jìn)程中的邏輯順序或嵌套沒有安排好，比如ifelseend if語句，如果if語句結(jié)束的位置用錯(cuò)，即end if的位置不對，不會(huì)提示出錯(cuò)但是不能達(dá)到想要的結(jié)果，這就需要從頭認(rèn)真分析各邏輯關(guān)系，重新考慮end

10、if位置，總之課程設(shè)計(jì)雖然辛苦，但是卻有其中的樂趣，尤其是解決問題后的成就感，學(xué)以致用，感覺很充實(shí)。eda是現(xiàn)代信息社會(huì)里很有用的一門學(xué)科，以后一定會(huì)再次用到，現(xiàn)在打好基礎(chǔ)，為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)，培養(yǎng)興趣。參考文獻(xiàn)：eda技術(shù)與vhdl（第二版）.潘松 黃繼業(yè) .清華大學(xué)出版社.2008六、程序清單library ieee;use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;entity shuzizhong isport(clk1,set,naol,change,s1,s2,s3:in std_logic;-秒分時(shí)校

11、驗(yàn)-s1,s2,s3;鬧鈴設(shè)置naol,調(diào)時(shí)間啟動(dòng)鍵change minite1:out std_logic_vector(3 downto 0); minite2:out std_logic_vector(3 downto 0); second1,second2, hour1,hour2:out std_logic_vector(3 downto 0); cout:out std_logic);end entity;architecture one of shuzizhong issignal clk,temp:std_logic;begin pro:process(clk1) variab

12、le n:integer:=0 ; begin if clk1event and clk1=1 then if n=4 then temp=not temp;n:=0; else n:=n+1; end if; end if; end process pro; clk=temp; pro1:process(clk,set,s1,s2,s3,change,naol) variable msecond1,msecond2,mminite1,mminite2,mhour11,mhour12,mhour21,mhour22:std_logic_vector(3 downto 0);variablemm

13、inite10,mminite20,mhour110,mhour120,mhour210,mhour220:std_logic_vector(3 downto 0);begin if (clkevent and clk=1) then if(naol=1) then -qidong dinshi if s2=1 then mminite10:=mminite10+1; if mminite10=1010 then mminite10:=0000; mminite20:=mminite20+1; if mminite20=0110 then mminite20:=0000; end if; en

14、d if; end if; -分校驗(yàn) if s3=1 then mhour110:=mhour110+1; mhour210:=mhour210+1; if mhour110=1010 then mhour110:=0000; mhour120:=mhour120+1; end if; if mhour110=0011 and mhour120=0001 then mhour110:=0001;mhour120:=0000; end if; if mhour210=1010 then mhour210:=0000; mhour220:=mhour220+1; end if; if mhour2

15、10=0100and mhour220=0010 then mhour210:=0000;mhour220:=0000; end if; end if;-時(shí)校驗(yàn) end if; if set=1 then -啟動(dòng)校驗(yàn) if s1=1 then msecond1:=msecond1+1; if msecond1=1010 then msecond1:=0000; msecond2:=msecond2+1; if msecond2=0110 then msecond2:=0000; end if; end if; end if; -秒校驗(yàn) if s2=1 then mminite1:=mminit

16、e1+1; if mminite1=1010 then mminite1:=0000; mminite2:=mminite2+1; if mminite2=0110 then mminite2:=0000; end if; end if; end if; -分校驗(yàn) if s3=1 then mhour11:=mhour11+1; mhour21:=mhour21+1; if mhour11=1010 then mhour11:=0000; mhour12:=mhour12+1; end if; if mhour11=0011 and mhour12=0001 then mhour11:=000

17、1;mhour12:=0000; end if; if mhour21=1010 then mhour21:=0000; mhour22:=mhour22+1; end if; if mhour21=0100and mhour22=0010 then mhour21:=0000;mhour22:=0000; end if; end if;-時(shí)校驗(yàn) else msecond1:=msecond1+1;-正常計(jì)時(shí)工作 if msecond1=1010 then msecond1:=0000; msecond2:=msecond2+1; if msecond2=0110 then msecond2:

18、=0000; mminite1:=mminite1+1; if mminite1=1010 then mminite1:=0000; mminite2:=mminite2+1; if mminite2=0110 then mminite2:=0000; mhour11:=mhour11+1; mhour21:=mhour21+1; if mhour11=1010 then mhour11:=0000; mhour12:=mhour12+1; end if; if mhour11=0011 and mhour12=0001 then mhour11:=0001;mhour12:=0000; en

19、d if;-12小時(shí)制 if mhour21=1010 then mhour21:=0000; mhour22:=mhour22+1; end if; if mhour21=0100and mhour22=0010 then mhour21:=0000;mhour22:=0000; end if;-24小時(shí)制 end if; end if; end if; end if; end if; if naol=0 then second1=msecond1;second2=msecond2;minite1=mminite1;minite2=mminite2; if change=0 then hour1=mhour11;hour2=mhour12; else hour1=mhour21;hour2=mhour22;-12/24小時(shí)制轉(zhuǎn)換end if; else second1=0000;second2=0000;minite1=mminite10;minite2=mminite20; if change=0 then hour1=m