多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)摘要本實(shí)驗(yàn)利用altera公司的quartus開發(fā)平臺(tái)，對(duì)cyclone系列的ep1c12q240c8芯片進(jìn)行開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘。具體功能有：計(jì)時(shí)，校時(shí)校分，清零，鬧鈴，整點(diǎn)報(bào)時(shí)等。abstractin this study, the companys quartus altera development platform, on the cyclone series ep1c12q240c8 chip development to digital clock.specific features include: time, school hour

2、s when the school, clear, alarm, and so the whole point timekeeping.關(guān)鍵字fpga quartusii 設(shè)計(jì) 多功能數(shù)字鐘keywordsfpga quartusii design multi-function digital clock目 錄一、設(shè)計(jì)要求說明二、方案論證三、各子模塊設(shè)計(jì)原理1、脈沖發(fā)生模塊(1) 48分頻(2) 1000分頻(3) 計(jì)時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生2、模塊設(shè)計(jì)(1)24小時(shí)模塊（2）報(bào)時(shí)電路模塊（3）較時(shí)較分清零模塊說明（4）鬧鐘模塊 1.鬧鐘清零 2.鬧鐘較分較時(shí)3、譯碼顯示模塊（1）譯碼顯示（2）顯示轉(zhuǎn)換模

3、塊4、整體電路構(gòu)成附各開關(guān)使用說明四、編譯及仿真下載1、編譯2、下載五、結(jié)論六、設(shè)計(jì)感想1、設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方法2、設(shè)計(jì)的收獲與感受七、參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)要求說明設(shè)計(jì)基本要求：1、能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能；2、分別由六個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)分秒的計(jì)時(shí)；3、 k1是系統(tǒng)的使能開關(guān)（k1=0正常工作，k1=1時(shí)鐘保持不變）；4、 k2是系統(tǒng)的清零開關(guān)（k2=0正常工作，k2=1時(shí)鐘的分、秒全清零）；5、 k3是系統(tǒng)的校分開關(guān)（k3=0正常工作，k3=1時(shí)可以快速校分）；6、 k4是系統(tǒng)的校時(shí)開關(guān)（k4=0正常工作，k4=1時(shí)可以快速校時(shí)）；設(shè)計(jì)提高部分要求1、使時(shí)鐘具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（

4、當(dāng)時(shí)鐘計(jì)到5953”時(shí)開始報(bào)時(shí)，在5953”, 5955”,5957” 時(shí)報(bào)時(shí)頻率500hz,5959”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為1khz, ）；2、鬧表設(shè)計(jì)功能；二、方案論證 本次實(shí)驗(yàn)是通過脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生1hz的頻率作為計(jì)時(shí)電路的脈沖，計(jì)時(shí)電路是由兩個(gè)模60的電路分別作為秒和分，一個(gè)模24的電路作為時(shí)，計(jì)時(shí)電路通過譯碼顯示電路在七段數(shù)碼管上顯示；校分校時(shí)電路則是通過一個(gè)或門分別與秒的進(jìn)位信號(hào)和分的進(jìn)位信號(hào)相或，用或門的輸出端控制分和時(shí)的計(jì)數(shù)器使能端使其計(jì)數(shù)；清零電路則是通過控制秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)器的清零端，使其一并清零；報(bào)時(shí)電路是根據(jù)所要求的時(shí)間由計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生反饋信號(hào)再跟要求的報(bào)時(shí)頻率相與后輸出端跟蜂鳴器

5、相連即可產(chǎn)生相應(yīng)頻率的報(bào)時(shí)信號(hào)。 三、各子模塊設(shè)計(jì)原理1、脈沖發(fā)生模塊 本次實(shí)驗(yàn)是通過將48mhz的頻率進(jìn)行一次48分頻和兩次1000分頻得到1hz的頻率。148分頻原理圖：仿真后得到波形如下： 48分頻的實(shí)現(xiàn)是通過一次16分頻和一次3分頻來完成的，將得到的48分頻電路封裝后如下：21000分頻原理圖： 1000分頻是通過三次10分頻來實(shí)現(xiàn)的，并通過芯片的輸出端實(shí)現(xiàn)了各種計(jì)時(shí)頻率的輸出，將其封裝后如下：3 計(jì)時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生2、計(jì)時(shí)校分校時(shí)及清零模塊 124小時(shí)模塊原理圖如下： 此時(shí)需要注意的是秒十位給分個(gè)位、分個(gè)位給分十位、分十位給小時(shí)個(gè)位，小時(shí)個(gè)位給小時(shí)十位的進(jìn)位段，不能僅僅以上一位到5或9進(jìn)

6、位，而應(yīng)該考慮到對(duì)前面位數(shù)的要求，否則可能出現(xiàn)00.00.50直接進(jìn)位位00.01.00的情況。封裝如下：2 報(bào)時(shí)電路本報(bào)時(shí)模塊是利用反饋原理，比如在5953”,5955”,5957” 時(shí)報(bào)時(shí)頻率為500hz，在5959”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為1000hz，這時(shí)只要秒個(gè)位的第1位（最低位）為1，第二位第三位至少有一位為1即可滿足上面的第一個(gè)時(shí)間條件，再跟所要求的頻率條件相與即同時(shí)滿足時(shí)間條件跟頻率條件，與門的輸出端和其他蜂鳴器的輸入信號(hào)相或后連到蜂鳴器，就完成了。封裝如下：3較時(shí)，較分，清零，保持模塊說明較時(shí)較分電路，是在原計(jì)時(shí)點(diǎn)路的基礎(chǔ)上，略加改變分個(gè)位與時(shí)個(gè)位的輸入端，將原來的單一由低位進(jìn)位端改變?yōu)?/p>

7、低位進(jìn)位端與控制開關(guān)和計(jì)時(shí)輸出端的與做或關(guān)系。清零電路原理相同，在每一個(gè)74160板上的清零端引出統(tǒng)一引出統(tǒng)一接到清零端即可。保持電路則是在時(shí)鐘輸入端改變，將原來的簡(jiǎn)單輸入，改為時(shí)鐘輸入與控制開關(guān)的與關(guān)系。因?yàn)樯厦嫠?電路都較為簡(jiǎn)單，就不再單獨(dú)設(shè)計(jì)為模塊，而是在24時(shí)電路的基礎(chǔ)上稍加改變。其總電路圖原理圖如下：4鬧鐘模塊鬧鐘的設(shè)計(jì)主要部分是比較電路的設(shè)計(jì)，原理是把24時(shí)電路的時(shí)間輸出端與需要報(bào)時(shí)的設(shè)定時(shí)間相比較，如果一樣則數(shù)出信號(hào)給蜂鳴器，以此達(dá)到鬧鐘效果。且設(shè)計(jì)時(shí)鬧鐘時(shí)間設(shè)置位到分，所以鬧鐘的報(bào)時(shí)時(shí)間為一分鐘。1.鬧鐘清零鬧鐘設(shè)定時(shí)間的清零原理與時(shí)鐘的清零原理相同。2.鬧鐘較分較時(shí) 鬧鐘較

8、分，較時(shí)也與時(shí)鐘原理相同，此處不再贅述。鬧鐘總體原理圖：3、譯碼顯示模塊 本模塊采用動(dòng)態(tài)譯碼顯示，利用一個(gè)24選4數(shù)據(jù)選擇器（可由4個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇構(gòu)成，原理圖如下）和一個(gè)3-8譯碼器，選擇器和譯碼器的3位選擇輸入端均由一個(gè)時(shí)鐘頻率為1000hz的模6計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，這樣由于頻率較高，肉眼分辨不出來好像同時(shí)顯示一樣。1譯碼顯示原理圖：封裝后得到如下的計(jì)時(shí)顯示模塊：2顯示轉(zhuǎn)換模塊外加控制開關(guān)k1，其指向1時(shí)正常技術(shù)，指向0時(shí)顯示鬧鐘設(shè)置。本功能的實(shí)現(xiàn)，是在譯碼顯示的輸入端之前，通過控制開關(guān)給譯碼顯示的輸入做一個(gè)選擇。原理圖如下：5、 整體電路構(gòu)成將計(jì)時(shí)顯示部分與鬧鐘部分電路結(jié)合后得到整體電路如下：附

9、各開關(guān)使用說明：k1：顯示轉(zhuǎn)換，1為正常計(jì)數(shù)，0為顯示鬧鐘k2：鬧鐘較時(shí)，1為正常計(jì)數(shù)，0為較時(shí)k3：鬧鐘較分，1為正常計(jì)數(shù)，0為較分k4：鬧鐘清零，1為清零，0為正常計(jì)數(shù)k5: 計(jì)時(shí)清零，1為清零，0為正常計(jì)數(shù)k6：計(jì)時(shí)較時(shí)，1為正常計(jì)數(shù)，0為較時(shí)k7：計(jì)時(shí)較分，1為正常計(jì)數(shù)，0為較分k8：保持，1為保持，0為正常計(jì)數(shù)四、編譯及仿真下載1、編譯選擇set as top-level entity，對(duì)要編譯的文件進(jìn)行置頂。點(diǎn)擊 按鈕進(jìn)行編譯2、下載編譯好之后，選擇“assignments pins”進(jìn)行管腳分配管腳分配好之后，點(diǎn)擊 按鈕，安裝好硬件后，選擇start進(jìn)行下載即可。五、結(jié)論這次實(shí)驗(yàn)

10、利用quartusii軟件設(shè)計(jì)一個(gè)多功能數(shù)字鐘，主要通過電路設(shè)計(jì)的方法完成了計(jì)時(shí)功能，顯示功能，報(bào)時(shí)功能，校分校時(shí)功能，清零功能和譯碼顯示及其轉(zhuǎn)換功能。經(jīng)測(cè)驗(yàn)后，這些功能實(shí)現(xiàn)完善，準(zhǔn)確無誤。六、設(shè)計(jì)感想1、設(shè)計(jì)過程中遇到的問題與解決方法及建議（1）24小時(shí)的計(jì)時(shí)電路中，總不能正常計(jì)數(shù)，出現(xiàn)在，十位一到5就開始進(jìn)位的情況。解決方法： 經(jīng)檢查，這是開始設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)進(jìn)位端設(shè)計(jì)不合理的問題。此時(shí)需要注意的是秒十位給分個(gè)位、分個(gè)位給分十位、分十位給小時(shí)個(gè)位，小時(shí)個(gè)位給小時(shí)十位的進(jìn)位段，不能僅僅以上一位到5或9進(jìn)位，而應(yīng)該考慮到對(duì)前面位數(shù)的要求，否則可能出現(xiàn)00.00.50直接進(jìn)位位00.01.00的情況。

11、（2）計(jì)時(shí)時(shí),分鐘、時(shí)鐘正常循環(huán)，校分時(shí)則出現(xiàn)異常。解決方法：經(jīng)檢查，這是由于設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)置數(shù)未考慮到校分、校時(shí)的情況所致。比如，分位置數(shù)的判定條件中設(shè)置了特定的秒位，這就導(dǎo)致在校分時(shí)因?yàn)槊氲臈l件不符合而未能正確循環(huán)校分，通過改變校分、校時(shí)時(shí)的進(jìn)位條件后，這些錯(cuò)誤得以改正。（3）到達(dá)鬧鐘設(shè)定的時(shí)間時(shí)，蜂鳴器發(fā)出的是單一的1khz聲音，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以用音樂將其代替，只需用音樂的信號(hào)代替1khz的輸入就可以完成，音樂信號(hào)的制作使用vhdl語(yǔ)言變成即可。2、設(shè)計(jì)的收獲與感受本次實(shí)驗(yàn)給我最大的感受是，在實(shí)驗(yàn)中總會(huì)遇到一些非設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的問題導(dǎo)致進(jìn)度一度停滯不前，比如在蜂鳴器的設(shè)計(jì)中，下載后時(shí)鐘不響，反復(fù)查找，也沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中有任何錯(cuò)誤，最后發(fā)現(xiàn)原來是蜂鳴器沒有給1khz的信號(hào)，諸如此類的小錯(cuò)誤數(shù)不勝數(shù)，由此我了解到在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，細(xì)節(jié)是很重要的，必須時(shí)刻有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，端正認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。通過這次實(shí)驗(yàn)，我掌握了利用quartusii軟件設(shè)計(jì)及下載到smartsopc實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法。并對(duì)數(shù)字電路的一些知識(shí)有了進(jìn)一步的了解也更加熟悉。在本次實(shí)驗(yàn)中，自己遇到了不少問題，通過對(duì)這些問題的不斷檢測(cè)和糾正，自己