數(shù)字鐘數(shù)字邏輯(共7頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)一、數(shù)字鐘的功能描述（1）、計(jì)時(shí)和顯示功能采用24小時(shí)制，以十進(jìn)制數(shù)字顯示時(shí)、分、秒（時(shí)從00-23，分、秒從00-59）。（2）、校時(shí)功能。當(dāng)數(shù)字鐘走時(shí)有偏差時(shí)，應(yīng)能手動(dòng)校時(shí)。二、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)思路根據(jù)功能要求，整個(gè)數(shù)字鐘分為計(jì)時(shí)和校時(shí)兩個(gè)部分。計(jì)時(shí)部分秒計(jì)時(shí)電路接收1Hz時(shí)基信號(hào)，進(jìn)行60進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)滿后秒值歸0，并產(chǎn)生1/60Hz時(shí)鐘信號(hào)，分鐘計(jì)時(shí)電路接收1/60Hz時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)行60進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)滿后秒值歸0，并產(chǎn)生1/3600Hz時(shí)鐘信號(hào)，小時(shí)計(jì)時(shí)電路接收1/3600Hz時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)行24小時(shí)計(jì)數(shù)，計(jì)滿后小時(shí)、分、秒均歸0，如此循環(huán)往復(fù)。校時(shí)部分，采

2、用兩個(gè)瞬態(tài)按鍵配合實(shí)現(xiàn)，1號(hào)鍵產(chǎn)生單脈沖，控制數(shù)字在計(jì)時(shí)/校時(shí)/校分/校秒兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，2號(hào)鍵通過(guò)控制計(jì)數(shù)使能端讓時(shí)/分/秒計(jì)數(shù)器發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)發(fā)達(dá)到指定的數(shù)值?？傮w原理電路如下圖-1所示：圖-1 數(shù)字鐘的原理電路三、采用原理圖和HDL混合設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘（1）小時(shí)計(jì)時(shí)電路小時(shí)計(jì)時(shí)電路需要24進(jìn)制計(jì)數(shù)，其電路下圖-2所示：圖-2 小時(shí)計(jì)時(shí)電路該電路用兩片74160（一位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器）采用同步連接構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過(guò)譯碼電路識(shí)別暫態(tài)“24”，輸出低電平使計(jì)數(shù)器清零。整個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)為0001022300，共有24個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)數(shù)值采用BCD碼形式，Q7-Q4表示小時(shí)的十位，Q3-Q0表示小

3、時(shí)的個(gè)位。EN輸入端當(dāng)正常計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)接收分鐘計(jì)時(shí)電路的進(jìn)位輸出，而在校時(shí)狀態(tài)時(shí)接收校時(shí)脈沖用于控制小時(shí)值的翻轉(zhuǎn)。小時(shí)計(jì)時(shí)模塊的輸入輸出端口如下圖-3所示：圖-3 小時(shí)計(jì)時(shí)電路的端口特征（2）分鐘、秒計(jì)時(shí)電路分鐘、秒計(jì)時(shí)需要60進(jìn)制計(jì)數(shù)，其電路下圖-4所示：圖-4 分鐘計(jì)時(shí)電路該電路用兩片74160（一位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器）采用同步連接構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過(guò)譯碼電路識(shí)別暫態(tài)“59”，輸出低電平使計(jì)數(shù)器清零。整個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)為000102585900，共有60個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)數(shù)值采用BCD碼形式，Q7-Q4表示分鐘或秒的十位，Q3-Q0表示分鐘或秒的個(gè)位。EN輸入端當(dāng)正常計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)接收分鐘計(jì)時(shí)電路的進(jìn)位

4、輸出，而在校時(shí)狀態(tài)時(shí)接收校時(shí)脈沖用于控制小時(shí)值的翻轉(zhuǎn)。計(jì)滿進(jìn)位輸出端CO用于觸發(fā)高一級(jí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)動(dòng)作（秒計(jì)滿觸發(fā)分鐘的計(jì)數(shù)，分鐘計(jì)滿觸發(fā)小時(shí)的計(jì)數(shù)）。分鐘、秒計(jì)時(shí)模塊的輸入輸出端口如下圖-5所示：圖-5 分鐘/秒 計(jì)時(shí)電路的端口特征（1） 計(jì)時(shí)/校時(shí)的切換由模塊Count_control實(shí)現(xiàn)，其端口特征如下圖-6所示：圖-6 計(jì)時(shí)/校時(shí) 切換（計(jì)數(shù)控制）端口特征期中，F(xiàn)unc_sel輸入端接收功能脈沖輸入，維護(hù)內(nèi)部一個(gè)模4計(jì)數(shù)器，以此控制數(shù)字鐘在計(jì)時(shí)/校時(shí)/校分/校秒四種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換；Setn輸入端接收校時(shí)脈沖，負(fù)脈沖有效，每收到1個(gè)校時(shí)脈沖，對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)單元（時(shí)單元或分單元或秒單元）計(jì)數(shù)加1；

5、Sec_co輸出由秒計(jì)數(shù)單元的進(jìn)位提供，Min_co輸入輸出由秒計(jì)數(shù)單元的進(jìn)位提供；Sec_sn、Min_en、Hour_en提供三個(gè)計(jì)數(shù)單元所需要的使能信號(hào)（由此模塊的內(nèi)部邏輯在前級(jí)進(jìn)位輸出和校時(shí)脈沖之間作二選一）。計(jì)數(shù)單元功能選擇及相應(yīng)信號(hào)的定義如下表-1 所示：表-1 計(jì)數(shù)單元功能選擇表內(nèi)部模4計(jì)數(shù)狀態(tài)Q1 Q0當(dāng)前功能Sec_en取值Min_co取值Hour_en取值00計(jì)數(shù)高電平秒單元進(jìn)位分單元進(jìn)位01調(diào)時(shí)低電平低電平校時(shí)脈沖10調(diào)分低電平小時(shí)脈沖低電平11調(diào)秒小時(shí)脈沖低電平低電平Count_control模塊的AHDL源碼如下：subdesign count_control(fun

6、c_sel:input;setn:input;sec_co,min_co:input;sec_en,min_en,hour_en:output;)variableq1.0:dff;beginq.clk=func_sel;q=q+1;if(q>3)then q=0;end if;case qiswhen 0=>sec_en=vcc;min_en=sec_co;hour_en=min_co;when 1=>sec_en=gnd;min_en=gnd;hour_en=!setn;when 2=>sec_en=gnd;min_en=!setn;hour_en=gnd;when

7、3=>sec_en=!setn;min_en=gnd;hour_en=gnd;end case;end;以上述模塊為基礎(chǔ)，可以完成下圖-1所示的頂層設(shè)計(jì)。下面采用掃描顯示方式實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒的小時(shí)，其掃描顯示驅(qū)動(dòng)電路如下圖-7所示：圖-7 掃描顯示驅(qū)動(dòng)電路期中，Select_disp根據(jù)模6計(jì)數(shù)器Counter6的輸出將待顯示的6位十進(jìn)制結(jié)果分時(shí)送給七段譯碼器Deled以產(chǎn)生顯示字形，Counter6的輸出同時(shí)可以用來(lái)將顯示結(jié)果在6個(gè)數(shù)碼管上展開，只要時(shí)鐘Clk_scan的頻率合適，就可以看到完整的時(shí)分秒顯示結(jié)果。² 模塊Counter6的AHDL源碼如下（其中使用了狀態(tài)機(jī)描述方法）

8、：subdesign counter6(clk:input;q2.0:output;)variable ss:machine of bits(q2.0)with states(s0=0,s1=1,s2=2,s3=3,s4=4,s5=5);beginss.clk=clk;table ss=>ss;s5=>s4;s4=>s3;s3=>s2;s2=>s1;s1=>s0;s0=>s5;end table;end;² 模塊select_disp的AHDL源碼如下：subdesign select_disp(sel2.0:input;in03.0:inp

9、ut;in13.0:input;in23.0:input;in33.0:input;in43.0:input;in53.0:input;out3.0:output;)begin case seliswhen 0=>out=in0;when 1=>out=in1;when 2=>out=in2;when 3=>out=in3;when 4=>out=in4;when 5=>out=in5;end case;end;² 模塊deled的AHDL源碼如下：SUBDESIGN deled( num3.0:INPUT; a,b,c,d,e,f,g:OUTPU

10、T;)BEGINTABLE num3.0=>a,b,c,d,e,f,g; H"0" => 1,1,1,1,1,1,0; H"1" => 0,1,1,0,0,0,0; H"2" => 1,1,0,1,1,0,1; H"3" => 1,1,1,1,0,0,1; H"4" => 0,1,1,0,0,1,1; H"5" => 1,0,1,1,0,1,1; H"6" => 1,0,1,1,1,1,1; H"7

11、" => 1,1,1,0,0,0,0; H"8" => 1,1,1,1,1,1,1; H"9" => 1,1,1,1,0,1,1; H"A" => 1,1,1,0,1,1,1; H"B" => 0,0,1,1,1,1,1; H"C" => 1,0,0,1,1,1,0; H"D" => 0,1,1,1,1,0,1; H"E" => 1,0,0,1,1,1,1; H"F" =>

12、 1,0,0,0,1,1,1;END TABLE;END;數(shù)字鐘設(shè)計(jì)的層次關(guān)系如下圖-8所示：圖-8 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)的層次關(guān)系圖四、軟件仿真結(jié)果【截圖】A.時(shí)間從01：59：5902：00：00的轉(zhuǎn)變B.時(shí)間從09：59：5910：00：00的轉(zhuǎn)變C.時(shí)間從23：59：5900：00：00的轉(zhuǎn)變5、 硬件調(diào)試結(jié)果六、設(shè)計(jì)心得與體會(huì)通過(guò)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，體會(huì)到了數(shù)字邏輯理論在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)字系統(tǒng)的全過(guò)程，熟練掌握了MAX+plus II的各種操作與應(yīng)用，其中出現(xiàn)了各種大大小小的問(wèn)題，學(xué)會(huì)了自己查找資料、查看英文版幫助文檔的并解決問(wèn)題的能力，體會(huì)到了研究與設(shè)計(jì)的樂(lè)趣。學(xué)會(huì)了MAX+plus II的三種常用的邏輯設(shè)計(jì)輸入方式：圖形設(shè)計(jì)輸入、文本設(shè)計(jì)輸入、波形設(shè)計(jì)輸入。