EDA綜合設(shè)計參考模板

1、EDA設(shè)計多功能數(shù)字鐘的設(shè)計姓名: 學(xué)號:同組人：院系：自動化學(xué)院指導(dǎo)老師：譚雪琴 蔣萍時間: 2011-50 / 23摘要：此次EDA實驗我們用軟件Quartus和配套的實驗平臺，來設(shè)計24小時的數(shù)字鐘。在軟件上完成相應(yīng)電路的搭建及仿真，調(diào)試后下載到實驗平臺上進行實際測試。我設(shè)計的數(shù)字鐘具有24小時計時、校分、校時、整點報時功能。以上的功能都下載到實驗平臺上成功演示出來。我還設(shè)計了鬧鐘功能，在仿真時很成功，但后來下載到實驗平臺上有問題。ABSTRACT：During this experiment I learn to use a software named Quartus which i

2、s completely unfamiliar to me. After about four days work I design a digital clock which has the basic functions as counting,resetting hour, resetting minute, ring at each hour. I also design a block which is about setting the alarm. The block is successfully stimulated but has some unknown problems

3、 when down loaded into the platform. I account for this in detail later.關(guān)鍵字：多功能數(shù)字鐘，校分，校時，整點報時，鬧鐘KEY WORDS: DIGITAL CLOCK, RINGING, ALARM目錄正文11 設(shè)計要求說明12 符號說明13 方案論證24 48MHz1Hz 模塊的設(shè)計及仿真45 數(shù)字鐘時、分、秒為的設(shè)計66 24選4和動態(tài)顯示模塊的設(shè)計及仿真87 整點報時模塊的設(shè)計98 模塊的設(shè)計及仿真99 鬧鈴模塊的設(shè)計和仿真1010 試下載15實驗感想15注解17參考文獻17致謝17正文1. 設(shè)計要求說明利用Qua

4、rtusII軟件設(shè)計一個數(shù)字鐘，并下載到SmartSOPC實驗系統(tǒng)中。本次EDA實驗要求設(shè)計一個數(shù)字計時器，可以完成00:00:00到23:59:59的計時功能，并在控制電路的作用下具有保持、清零、快速校時、快速校分、整點報時等功能。設(shè)計基本要求如下：1) 能進行正常的時、分、秒計時功能；2) 分別由六個數(shù)碼管顯示時分秒的計時；3) K1是系統(tǒng)的使能開關(guān)（K1=0正常工作，K1=1時鐘保持不變）；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時可以快速校分）；6) K4是系統(tǒng)的校時開關(guān)（K4=0正常工作，K4=

5、1時可以快速校時）；設(shè)計提高部分要求7) 使時鐘具有整點報時功能（當時鐘計到5953”時開始報時，在5953”, 5955”,5957” 時報時頻率為512Hz,5959”時報時頻率為1KHz, ）；8) 鬧表設(shè)定功能；9) 自己添加其他功能；2. 符號說明使用符號意義使用符號意義KEY1機械開關(guān)K1KEY5設(shè)定鬧鈴的分時位KEY2機械開關(guān)K2KEY6設(shè)定鬧鈴的小時位KEY3機械開關(guān)K3KEY7定時、計時切換開關(guān)KEY4機械開關(guān)K4BEEP蜂鳴器HHD時十位BCD碼DHLD時個位BCD碼DHHC時十位BCD碼CHLC時個位BCD碼CHHB時十位BCD碼BHLB時個位BCD碼BHHA時十位BCD

6、碼AHLA時個位BCD碼AMHD分十位BCD碼DMLD分個位BCD碼DMHC分十位BCD碼CMLC分個位BCD碼CMHB分十位BCD碼BMLB分個位BCD碼BMHA分十位BCD碼AMLA分個位BCD碼ASHD秒十位BCD碼DSLD秒個位BCD碼DSHC秒十位BCD碼CSLC秒個位BCD碼CSHB秒十位BCD碼BSLB秒個位BCD碼BSHA秒十位BCD碼ASLA秒個位BCD碼A3. 方案論證3.1脈沖分頻電路的方案脈沖分頻電路的主要目的是把最初的48MHz的頻率分為1KHz（用于驅(qū)動數(shù)碼管和蜂鳴器報時用）、512Hz（用于蜂鳴器報時）、2Hz（用于快速校分和校時）和1Hz（用于作秒脈沖）。設(shè)計思

7、路：先設(shè)計個模48計數(shù)器，再設(shè)計模1000計數(shù)器。模48計數(shù)器用兩片74160芯片配若干門電路。模1000計數(shù)器用三片74160芯片配以若干門電路。1MHz模48計數(shù)器模1000計數(shù)器模1000計數(shù)器48MHz1KHz1Hz512Hz1KHz2Hz圖148MHz-1Hz原理方框圖方框圖如下3.2 模60計數(shù)器的設(shè)計方案設(shè)計思路：用兩片74160芯片加上少數(shù)門電路構(gòu)成模60計數(shù)器，并且把相應(yīng)的保持、校分、清零功能做上去。Key2（清零）Key1（保持）1Hz秒位BCD碼輸出（8位數(shù)據(jù)線） 模60秒位 計數(shù)器秒位進位信號圖2秒位模塊功能方框圖Key2（校分）Key2（清零）Key1（保持） 模60

8、分位 計數(shù)器秒位進位信號分位BCD碼輸出（8位數(shù)據(jù)線）分位進位信號圖3分位模塊功能方框圖Key4（校時）Key2（清零）Key1（保持）分位進位信號 模24時位 計數(shù)器時位BCD碼輸出（8位數(shù)據(jù)線）圖4時位模塊功能方框圖3.3 報時電路的設(shè)計方案使時鐘具有整點報時功能：當時鐘計到5953”時開始報時，在5953”, 5955”,5957” 時報時頻率為512Hz, 5959”時報時頻率為1KHz。表1整點報時邏輯TIMEMHCMHAMLDMLASHDSHCSHBSHASLDSLCSLBSLA5953”1111010100115955”1111010101015957”1111010101115

9、959”111101011010由上表可以看出，F(xiàn)out=MHC*MHA*MLD*MLA*SHC*SHA*(SLC*SLA+SLB*SLA)*F512Hz+ SLD*SLA*F1KHz3.4 顯示譯碼電路的設(shè)計方案顯示譯碼電路由4個81MUX數(shù)據(jù)選擇器、1個模6分頻器、1個顯示譯碼器7447組成、6個數(shù)碼管?？紤]到數(shù)碼管個數(shù)較多，所以采用動態(tài)譯碼顯示。 74138譯碼器1KHzA2A1A0A0 模6 計數(shù)器數(shù)碼管片選信號24選4數(shù)據(jù)選擇器顯示譯碼器 7447數(shù)碼管圖5顯示譯碼模塊功能方框圖3.5 鬧鈴模塊的設(shè)計方案設(shè)計一個獨立于正常計時模塊外的計時模塊。正常時，顯示時鐘的時間，鬧鈴模塊里鎖存這

10、設(shè)定的鬧鈴時間，比較器工作，時刻查詢比較。當時鐘時間和設(shè)定的時間相同時比較器給出信號，蜂鳴器響。設(shè)計類似校分校時的模塊，設(shè)定鬧鐘時間。3.6 整個電路的模塊結(jié)構(gòu)圖6整個電路的模塊方框圖4. 48MHz1Hz模塊的設(shè)計及仿真4.1 MOD48計數(shù)器由兩個74160計數(shù)器構(gòu)成，搭成如下電路圖。圖7MOD48電路圖圖8MOD48電路圖的仿真結(jié)果4.2 MOD1000由三個74160計數(shù)器構(gòu)成，搭成如下電路圖。圖9MOD1000電路圖圖10MOD1000電路圖的仿真結(jié)果4.3 MOD48M將上述模塊接連起來，并引出其他有用的頻率。搭建如下電路圖。圖11MOD48M電路圖產(chǎn)生2Hz和512Hz的思想：在

11、最后一個MOD1000計數(shù)器的輸出端引QB做為2Hz的信號。把1KHz的頻率經(jīng)過T觸發(fā)器進行分頻，上圖中T觸發(fā)器的方程式。5. 數(shù)字鐘時、分、秒為的設(shè)計5.1 MOD24計數(shù)器的設(shè)計及仿真模24模塊用于小時位。它要設(shè)計保持、校時、清零功能，無需設(shè)計進位信號。采用的是74160的清零功能，所以清零信號產(chǎn)生是小時高位出現(xiàn)0110。由于74160本片的進位信號是與1001同時出現(xiàn)的。所以用了D觸發(fā)器來延時。保持功能是用74160自身的保持功能ENP輸入端。圖12MOD24計數(shù)器電路圖圖13校時與保持電路圖校時功能要把來自開關(guān)的校時信號和正常的低位片產(chǎn)生的進位信號整合起來。當KEY4為高電平時，2Hz

12、的校分信號可以通過，分為進位信號MRCO屏蔽；當KEY4為高電平時，2Hz的校分信號被屏蔽，分為進位信號MRCO通過。圖14 MOD24計數(shù)器電路圖的仿真圖5.2 MOD60計數(shù)器構(gòu)成秒位的設(shè)計及仿真由MOD60模塊設(shè)計秒位計數(shù)器原理圖及仿真圖如下。其清零信號是當高位出現(xiàn)0110。進位信號是在59時產(chǎn)生的，即出現(xiàn)0101 1001。進位信號經(jīng)個D觸發(fā)器延時后，在整60送出。保持功能同前分析。圖15 MOD60計數(shù)器秒位電路圖圖16 MOD60計數(shù)器秒位電路圖的仿真5.3 MOD60計數(shù)器設(shè)計分位計數(shù)器原理圖及仿真圖清零、保持功能和校分模塊同前分析。圖17 MOD60計數(shù)器分位電路圖圖18 MO

13、D60計數(shù)器分位電路圖的仿真6. 24選4和動態(tài)顯示模塊的設(shè)計及仿真實驗中數(shù)碼管的顯示是采用動態(tài)驅(qū)動顯示的，這樣就設(shè)計到了數(shù)據(jù)的選擇。對引入模塊的1KHz用74160進行6分頻，用來驅(qū)動數(shù)碼管的片選信號。74160輸出的A2、A1、A0三個信號是8選1選擇器81mux和片選74138的公共輸入信號。圖19 24選4電路圖圖20 24選4電路圖的仿真7. 整點報時模塊的設(shè)計分析參見前面的方案論證部分。圖21 整點報時電路圖8. 總模塊的設(shè)計及仿真圖22 總的模塊電路圖圖23 總的模塊電路圖的仿真從圖中可以看出，總體的電路是可以正常工作，滿足基本的設(shè)計要求：KEY1高電平時數(shù)碼保持不變，KEY2高

14、電平時時位分位清零，KEY3高電平時快速校分，KEY4高電平時快速校時。在59分53、55、57秒均有512Hz的脈沖輸出，在59分59秒有1KHz的高頻脈沖輸出。9. 鬧鈴模塊的設(shè)計和仿真設(shè)計思路：鬧鈴模塊是獨立于上述數(shù)字鐘的另一個數(shù)字鐘，即設(shè)計另一個不帶秒位的時鐘。由于實驗板上總共有8個LED數(shù)碼管，所以顯示采用復(fù)用方式：正常顯示為時鐘時間，切換后顯示定時時間。這里起切換作用的由開關(guān)KEY5充當。當KEY7為低電平時：顯示時鐘時間；鬧鐘定時的時位、分位輸出保持；4片8位數(shù)值比較器工作。當KEY7為高電平時：顯示鬧鐘設(shè)定的時間，并且只有在此時才能設(shè)定鬧鐘，時鐘正常計時，只是不顯示。鬧鈴模塊的

15、總體圖如下：圖24 鬧鈴電路圖表2模塊中使用的符號說明符號意義符號意義HHAT數(shù)字鐘小時十位HHD鬧鐘定時小時十位HHBT數(shù)字鐘小時十位HHC鬧鐘定時小時十位HHCT數(shù)字鐘小時十位HHB鬧鐘定時小時十位HHDT數(shù)字鐘小時十位HHA鬧鐘定時小時十位HLAT數(shù)字鐘小時個位HLD鬧鐘定時小時個位HLBT數(shù)字鐘小時個位HLC鬧鐘定時小時個位HLCT數(shù)字鐘小時個位HLB鬧鐘定時小時個位HLDT數(shù)字鐘小時個位HLA鬧鐘定時小時個位MHAT數(shù)字鐘分鐘十位MHA鬧鐘定時分位十位MHBT數(shù)字鐘分鐘十位MHB鬧鐘定時分位十位MHCT數(shù)字鐘分鐘十位MHC鬧鐘定時分位十位MHDT數(shù)字鐘分鐘十位MHD鬧鐘定時分位十位M

16、LAT數(shù)字鐘分鐘個位MLA鬧鐘定時分位個位MLBT數(shù)字鐘分鐘個位MLB鬧鐘定時分位個位MLCT數(shù)字鐘分鐘個位MLC鬧鐘定時分位個位MLDT數(shù)字鐘分鐘個位MLD鬧鐘定時分位個位用4片8位比較器7485構(gòu)成的比較電路如下：圖25 鬧鈴電路圖中的32位比較器分析其功能：COMPARE是與KEY7進過反相器相接的。當KEY7為高電平時，COMPARE為低電平，這樣第一片7485三個級聯(lián)輸入端ALBI,AEBI,AGBI都為低電平，輸出ALBO,AEBO,AGBO也都為低，如此下去，整個比較器都不工作，最后的輸出E3也為0；當KEY7為低電平時，COMPARE為高電平，這樣第一片7485三個級聯(lián)輸入端A

17、EBI為高電平，輸出ALBO,AEBO,AGBO則根據(jù)小時的高位來比較輸出：設(shè)定的鬧鈴時間，其小時的高位比實際的時間小時高位小或大，第一片7485輸出的E0為0，后面幾片E1、E2、E3都為0；若設(shè)定鬧鈴時間，其小時的高位比實際的時間小時高位相等，第一片7485輸出的E0為1，后面幾片的分析類似上面。圖26 鬧鈴電路圖中的比較結(jié)果輸出電路當比較器輸出“相等”信號，即E3=1時，上面的電路開始工作。該電路的主要功能是當鬧鈴時間到時，輸出頻率有變化的蜂鳴信號。電路簡單，就不再贅述了。圖27 鬧鈴電路圖中的輸入量上圖是對輸入該模塊的幾個信號的說明：該模塊用到2Hz，512Hz，1KHz，KEY5,K

18、EY6,KEY7。圖28 鬧鈴電路圖中的計時器由于該模塊這涉及顯示和比較，不用把時位和分位連接，故沒有進位信號。圖29 鬧鈴電路圖生成的電路單元這是鬧鈴模塊生成的模塊圖，用到很多的輸入和輸出。圖30 鬧鈴電路圖的仿真結(jié)果由圖可見：在KEY7為低電平時，設(shè)定時間的信號KEY5是不起作用的，而比較器工作，蜂鳴器有輸出。在KEY7為高電平時，KEY5設(shè)定分位，KEY6設(shè)定時位，比較器不工作，E3輸出0。切換顯示圖31 鬧鈴模塊與正常電路的切換開關(guān)切換顯示電路用簡單的邏輯門搭建。KEY7為1時，顯示鬧鈴設(shè)定的時間，KEY7為0時，顯示數(shù)字鐘的時間。圖32 切換開關(guān)陣列由類似門電路搭建的龐大的切換模塊。

19、由于鬧鈴中沒有設(shè)置秒位，所以把鬧鈴中的秒位都設(shè)為零。見下圖：圖33 鬧鈴模塊中秒位接零示意圖10. 調(diào)試下載將電路調(diào)試好后，分配管腳，實驗平臺通上電，下載到實驗平臺上?！?】實驗感想1. 實驗過程中遇到的問題及解決問題的方法1.1模60計數(shù)器的進位與清零模60計數(shù)器使用兩片74160組成。74160是異步8421BCD碼計數(shù)器，實驗中用的是異步清零法獲得模60的計數(shù)器。清零條件是高位為0110。剛開始我簡單的結(jié)成如下的邏輯電路，并且模60計數(shù)器低位片向高位片的進位信號直接由低為片的RCO充當。但仿真結(jié)果卻是圖34的結(jié)果。從圖中可以看出幾個問題：一是低位片為8時，即第九個脈的上升沿到來時，高位及

20、有進位輸入，產(chǎn)生48跳到59在回到50的錯誤現(xiàn)象；另一個是模60計數(shù)器最大值到58就會到00狀態(tài)；還有錯誤的模60進位信號產(chǎn)生。圖34 進位信號產(chǎn)生示意圖圖35 進位信號產(chǎn)生仿真結(jié)果我分析問題可能在74160的進位信號RCO的問題。所以我把74160的單個的時序圖仿真出來：發(fā)現(xiàn)在第九個脈沖到來時同時發(fā)出了進位信號。如此我就想是不是可以用以個用一個D觸發(fā)器，使得進位信號經(jīng)過D觸發(fā)器延時一個時鐘周期。D觸發(fā)器接法如圖，CLK是與74160公用的時鐘脈沖。圖36 74160的進位信號RCO仿真 圖37 D觸發(fā)器接入及進位信號RCO仿真從而上述問題便解決了。圖38 D觸發(fā)器接入后進位信號產(chǎn)生仿真結(jié)果1.2機械開關(guān)的去抖動將調(diào)試好的文件下載到SmartSOPC實驗系統(tǒng)中可編程邏輯器件上，它能正常工作，有校分、校時、保持和清零。但是在撥動開關(guān)校分、校時，數(shù)碼管數(shù)字有跳動。認為是機械開關(guān)抖動引起的干擾。設(shè)計消顫開關(guān)?！?】圖39 D觸發(fā)器用于去抖動電路接入消顫開關(guān)后，撥動開關(guān)校分、校時，數(shù)碼管數(shù)字穩(wěn)定，沒