課程設(shè)計(jì)：三分鐘可編程倒計(jì)時(shí)報(bào)警器

1、目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2二、總體框圖 2三、選擇器件 31.同步預(yù)置四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160 32.數(shù)碼顯示器 43.二輸入與非門 54.二輸入與門 65.非門 66.六輸入與門 67. 555定時(shí)器 7四、功能模塊 91.秒脈沖發(fā)生器9 2.秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器 93.校時(shí)電路 114.報(bào)時(shí)電路 13五、總體設(shè)計(jì)電路圖 15六、心得與總結(jié) 17三分鐘可編程倒計(jì)時(shí)報(bào)警器一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)：三分鐘可編程倒計(jì)時(shí)報(bào)警器設(shè)計(jì)要求：1.具有可編程及報(bào)時(shí)的功能，并能夠隨時(shí)顯示計(jì)數(shù)結(jié)果。 2.設(shè)有外部操作開關(guān)，控制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)直接置數(shù)、啟動(dòng)和清零等操作。 3.計(jì)數(shù)器可設(shè)置為03分鐘（即180秒

2、）內(nèi)任意時(shí)段的倒計(jì)時(shí)。 4.計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，數(shù)碼顯示管不能滅燈，同時(shí)發(fā)出持續(xù)發(fā)光報(bào)警信號(hào)。二、 總體框圖倒計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)數(shù)碼管顯示報(bào)警預(yù)置數(shù)模塊：在開啟相應(yīng)開關(guān)（setgw、setsw、setbw）后，通過來脈沖計(jì)數(shù)分別給個(gè)位十位百位預(yù)置數(shù)，使得在啟動(dòng)開關(guān)后從此數(shù)開始倒計(jì)時(shí)。倒計(jì)時(shí)模塊：在啟動(dòng)開關(guān)(clk)后，從預(yù)置的數(shù)開始倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)到0時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束，此時(shí)數(shù)碼顯示管持續(xù)不滅燈。另外，可在任意時(shí)刻通過控制摁鈕實(shí)現(xiàn)清零。報(bào)警模塊：每倒計(jì)到整十秒時(shí)，發(fā)出一次報(bào)警。同時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)會(huì)再次發(fā)出報(bào)警聲，以及報(bào)警燈亮起。此時(shí)，可通過開關(guān)（shutalert）關(guān)閉報(bào)警燈，報(bào)警聲，以停止報(bào)警。數(shù)碼管顯

3、示模塊：通過對(duì)輸入信息的判斷，選擇在哪個(gè)數(shù)碼管上顯示哪個(gè)圖形符號(hào)（即數(shù)字）。倒計(jì)時(shí)模塊 數(shù)碼管顯示模塊個(gè)位十位百位選擇時(shí)間38譯碼器數(shù)碼管 報(bào)警模塊 每10秒報(bào)時(shí)一次計(jì)時(shí)結(jié)束報(bào)警方案一：預(yù)置數(shù)部分，可以借助Quartus II提供的芯片（如：74LS192，74LS190，74LS160等）完成計(jì)數(shù)功能。倒計(jì)時(shí)部分，可以借助Quartus II提供的芯片（如：74LS192等）完成有借位的減法運(yùn)算。但操作較為繁瑣，涉及到的元器件較多，涉及到的問題可能會(huì)有芯片是否有所損壞使得設(shè)計(jì)結(jié)果不夠理想。 方案二：完全用VHDL語言編寫程序下指令，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)結(jié)果較為理想，但思考量較大，思維過于復(fù)

4、雜。方案三：將完整的原理圖按照功能需求分成幾個(gè)不同模塊，將各個(gè)部分在繪制原理圖或者用VHDL語言編寫程序后進(jìn)行編譯制成可供使用的模塊，再借助各個(gè)模塊繪制總的原理圖。這樣，總原理圖清晰明了，各個(gè)模塊的功能清晰，且設(shè)計(jì)結(jié)果較為理想。故選擇此方案。三、選擇器件EDA實(shí)驗(yàn)箱所使用到的芯片為Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EP1C12Q240C8N。外圍接口電路為IO5與蜂鳴器接口相連，IO3與IO_CLK相連，IO9與一個(gè)紅色發(fā)光二極管相連。四、功能模塊模塊一：預(yù)置數(shù)模塊。當(dāng)遇到上升沿后輸出將自動(dòng)加1。若輸出是9再遇到上升沿時(shí)將自動(dòng)變?yōu)?。符號(hào)如右圖。 相應(yīng)程序如下：library i

5、eee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity count is port( clk:in std_logic; co:out std_logic_vector(3 downto 0);end entity count;architecture fun of count is signal count:std_logic_vector(3 downto 0);begin co=count; process(clk) begin if(clkevent and clk=1)then if(count=1

6、001)then count=0000; else count=count+1; end if; end if; end process;end fun;其功能仿真圖像為： 根據(jù)圖像可知，在每次遇到上升沿后輸出將自動(dòng)加1。若輸出是9再遇到上升沿時(shí)將自動(dòng)變?yōu)?。模塊二：倒計(jì)時(shí)模塊。此模塊由個(gè)位、十位、百位三部分組成。個(gè)位部分：時(shí)鐘信號(hào)與個(gè)位模塊相連，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)給出上升沿時(shí)，個(gè)位將實(shí)現(xiàn)減1的功能，即每次遇到上升沿都將減1，同時(shí)借位輸出端為低電平,若個(gè)位為0時(shí)，在遇到上升沿后將自動(dòng)變?yōu)?，同時(shí)借位輸出端為高電平。在個(gè)位、十位、百位均為0時(shí)，無論是否有時(shí)鐘信號(hào)都不再進(jìn)行減法運(yùn)算。當(dāng)個(gè)位置數(shù)端撥向高電平

7、時(shí)，預(yù)置數(shù)中的數(shù)將給個(gè)位置數(shù)。另外，當(dāng)摁下清零鍵時(shí)，個(gè)位將自動(dòng)清零。其符號(hào)如右圖。相應(yīng)程序?yàn)椋簂ibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity gww is port( clk,reset,setgw:in std_logic; cogw:in std_logic_vector(3 downto 0); fsw,fgw,fbw:in std_logic_vector(3 downto 0); ensw:out std_logic; daout:out std_logic_vector(

8、3 downto 0); lout:out std_logic);end entity gww;architecture fun of gww is signal count:std_logic_vector(3 downto 0); begin daout=count; process(clk,reset,setgw,cogw,fgw,fsw,fbw) begin -ensw=k; if(reset=1)then count=0000; elsif(setgw=1)then count=cogw; elsif( fsw=0000and fbw=0000and fgw=0000)then co

9、unt=0000;lout=1; else if(clkevent and clk=1)then if(count=0000)then count=1001;ensw=1; else count=count-1;ensw=0; end if; end if; end if; end process;end fun;其功能仿真圖像如下。根據(jù)圖像可知，當(dāng)將setgww鍵置為高電平時(shí)，可對(duì)個(gè)位進(jìn)行異步置數(shù)，使得輸出為預(yù)置數(shù)模塊中對(duì)個(gè)位輸出的數(shù)（cogw）。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到0（fgw,fsw,fbw=0）時(shí)停止計(jì)時(shí)，并發(fā)送信號(hào)lout（用于觸發(fā)報(bào)警）。其他情況時(shí)，當(dāng)遇到上升沿時(shí)立即減1，借位輸出端為低電平,

10、如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為9，同時(shí)借位輸出端產(chǎn)生上升沿，觸發(fā)十位進(jìn)行減法運(yùn)算。十位部分：十位的上升沿由個(gè)位的借位輸出端提供。當(dāng)遇到上升沿時(shí)，十位將實(shí)現(xiàn)減1的功能，即每次遇到上升沿都將減1，同時(shí)借位輸出端為低電平。若十位為0時(shí)，在遇到上升沿后將自動(dòng)變?yōu)?，同時(shí)借位輸出端產(chǎn)生上升沿，觸發(fā)百位進(jìn)行減法運(yùn)算。當(dāng)setsw鍵撥向高電平時(shí)，將實(shí)現(xiàn)對(duì)十位的置數(shù)。當(dāng)摁下reset鍵時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)十位的清零。其符號(hào)如左圖所示。以下為該模塊相應(yīng)程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY

11、 sww ISPORT(CLK,RESET,setsw:IN STD_LOGIC; cosw:in std_logic_vector(3 downto 0); enbw:OUT STD_LOGIC; DAOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY sww;ARCHITECTURE fun OF sww ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINDAOUT=COUNT;PROCESS(CLK,RESET,cosw,setsw) BEGINIF(RESET=0)THENCOUNT=0000;

12、ELSIF(setsw=1)THENcount=cosw;ELSIF(CLKEVENT AND CLK=1)THENIF(COUNT=0000)THEN count=1001;enbw=1;else count=count-1;enbw=0;end if;end if;end process;end fun;其相應(yīng)功能仿真圖如下：根據(jù)圖像可知，當(dāng)setsw鍵撥向高電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)十位的異步置數(shù)。當(dāng)reset鍵為低電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)十位的異步清零。其他情況時(shí)，當(dāng)遇到上升沿時(shí)立即減1，借位輸出端為低電平,如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為9，同時(shí)借位輸出端為高電平。百位部分：百位的上升沿由十位的借位

13、輸出端提供。當(dāng)遇到上升沿時(shí)，十位將實(shí)現(xiàn)減1的功能，即每次遇到上升沿都將減1，如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為1。當(dāng)setbw鍵撥向高電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)百位的置數(shù)。當(dāng)reset鍵撥向低電平時(shí)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)百位的清零。其符號(hào)如右圖所示。相應(yīng)模塊的程序如下：lIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY bww ISPORT(CLK,RESET,setbw:IN STD_LOGIC; cobw:in std_logic_vector(3 downto 0); DAOUT:OUT STD_LO

14、GIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY bww;ARCHITECTURE FUN OF bww ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINDAOUT=COUNT;PROCESS(CLK,RESET,setbw,cobw) BEGINIF(RESET=0)THENCOUNT=0000;elsif(setbw=1)then count=cobw;ELSe IF(CLKEVENT AND CLK=1)THEN if (count=0000)then count=0001; else COUNT=0000; end i

15、f; end if; END IF; END PROCESS;END FUN;相應(yīng)功能仿真圖如下： 根據(jù)圖像可知，當(dāng)setbw鍵撥向高電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)百位的異步置數(shù)。當(dāng)reset鍵為低電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)百位的異步清零。其他情況時(shí)，當(dāng)遇到上升沿時(shí)立即減1，如果輸出為0，且又遇到上升沿，則輸出為1。模塊三：報(bào)警模塊。報(bào)警模塊由兩部分組成，報(bào)警一：每整十秒報(bào)警（蜂鳴器工作）一次；報(bào)警二：當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到0時(shí)，即個(gè)位、十位、百位輸出均為0時(shí)，報(bào)警（蜂鳴器和紅色發(fā)光二極管均工作）一次，此時(shí)可通過控制開關(guān)關(guān)閉報(bào)警，同時(shí)維持個(gè)位、十位、百位輸出均為0的狀態(tài)。其符號(hào)分別為： 報(bào)警一相應(yīng)程序： LIBRARY IEEE;U

16、SE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ALERT1 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; DAINgw:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SPEAK:OUT STD_LOGIC);END ALERT1;ARCHITECTURE FUN OF ALERT1 ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);SIGNAL COUNT1:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINSPEAKER:PROCESS(CLK)BEGINSPEAK=10)THENCOUNT1=00;ELSE COUNT1=COUNT1+1;END IF;ELSE COUNT1=00;END IF;END IF;END PROCESS SPEAKER;END FUN;其功能仿真圖像為：報(bào)警二相應(yīng)程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ALERT2 ISPORT(lin,shut:IN STD_LOGIC; speaker,led:OUT STD_LOGIC);END AL