數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計數(shù)字時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院課程設(shè)計說明書學(xué)生信息學(xué)院計算機學(xué)院專業(yè)計算機科學(xué)與技術(shù)班級 13嵌入A姓名余博文學(xué)號課程設(shè)計信息課程名稱數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計題目數(shù)字時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)課程設(shè)計時間2015年6月20日小組情況余博文指導(dǎo)教師鄧春健批改情況成績評閱教師批改時間年 月 日20142015學(xué)年第 2 學(xué)期數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計要求及評價1.設(shè)計目的數(shù)字系統(tǒng)一般指時序系統(tǒng)，它是在時序電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。之所以稱為系統(tǒng)而不叫電路，主要是 它所完成的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般的數(shù)字電路，結(jié)構(gòu)也比通常電路復(fù)雜得多。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐的目的是在完成數(shù)字電路課程的學(xué)習(xí)之后，通過綜合應(yīng)用所學(xué)的電路知識，完成較為復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的

2、設(shè)計，從而獲得較強的數(shù)字電路設(shè)計能力、調(diào)試能力和開發(fā)能力。2.設(shè)計內(nèi)容數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計題材不限，但應(yīng)該具備一定的復(fù)雜度，如：數(shù)字秒表的設(shè)計、基于矩陣LED的花樣變換控制系統(tǒng)、基于七段碼的打擊游戲、時鐘、數(shù)字通信控制系統(tǒng)等等。3.設(shè)計要求 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計要求在EDA軟件Quartus II完成，并且要求必須在基于FPGA數(shù)字電路設(shè)計平臺上運行通過。完成設(shè)計后，要求撰寫設(shè)計報告一份，要求人手一份，不得雷同。 4. 總體評價作品情況需要經(jīng)過現(xiàn)場答辯，按作品的完成、難度、創(chuàng)新情況來評分，；設(shè)計報告情況按報告的書寫水平來評分。作品情況（60）設(shè)計報告情況（40）總計目 錄1.數(shù)字系統(tǒng)概述11.1 數(shù)字系統(tǒng)概念

3、11.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實驗環(huán)境12.數(shù)字時鐘的設(shè)計12.1 數(shù)字時鐘的原理12.2 數(shù)字時鐘的設(shè)計思路13.數(shù)字時鐘的實現(xiàn)13.1 數(shù)字時鐘系統(tǒng)框架13.2數(shù)字時鐘功能模塊原理24.系統(tǒng)功能測試及分析25.問題及心得體會26.參考文獻(xiàn)3 數(shù)字時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)1. 數(shù)字系統(tǒng)概述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計主要是通過在電腦上用電路軟件（如QUARTUS II）在事先設(shè)計好電路圖之后，用相應(yīng)的模塊或其他芯片，根據(jù)實驗箱的電路圖，找到需要用到的管腳，繪制好電路圖后，通過USB線將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送到試驗箱上，觀察試驗現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)問題，則從新修改電路圖，并下載觀察，直至達(dá)到所需效果。1.1 數(shù)字系統(tǒng)概念需要常用的模塊有輸入

4、輸出管腳、VCC、GND、邏輯門（與門、或門、非門）、數(shù)字選擇器（如74138）、計時器（如8count、74160、74163）、觸發(fā)器（D、JK、T）、數(shù)碼管顯示芯片7448等芯片。上述模塊可以基本實現(xiàn)顯示、蜂鳴器的效果。如果需要達(dá)到復(fù)雜的效果，則需要涉及更多的模塊。1.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實驗環(huán)境采用基于FPGA的數(shù)字電路實驗平臺的設(shè)計工具（Quartus II），該工具將常用的芯片已封裝好，如果需要用到則直接放入電路圖，用導(dǎo)線連接好后，通過USB傳輸數(shù)據(jù)至試驗箱。2. 數(shù)字時鐘的設(shè)計2.1 數(shù)字時鐘的原理 數(shù)字時鐘的走動通過系統(tǒng)提供的統(tǒng)一時鐘脈沖來觸發(fā)計數(shù)器計數(shù)。由于輸入的基準(zhǔn)時間信號是周

5、期性的，因此通過計數(shù)器對基準(zhǔn)時鐘脈沖的個數(shù)進(jìn)行計數(shù)，即可實現(xiàn)計時。2.2 數(shù)字時鐘的設(shè)計思路 時鐘的電路有計時、計分、計秒的三個模塊，用于計時。還需要顯示三個時間單位在數(shù)碼管上，因而需要選擇。此外，系統(tǒng)提供計時模塊。3. 數(shù)字時鐘的實現(xiàn)3.1 數(shù)字時鐘系統(tǒng)框架 圖1.1 數(shù)字時鐘的結(jié)構(gòu)框圖3.2 數(shù)字時鐘功能模塊原理（1） 系統(tǒng)計時模塊通過對系統(tǒng)時鐘的分頻以達(dá)到得到1s鐘的脈沖。（2） 計時、計分、計秒模塊使用74192/74160計時將節(jié)省元器件的使用。因為74192/74160的模數(shù)為10，可不必判斷分鐘、秒鐘的各位是否應(yīng)該清零。由于74160是異步清零，因此時鐘、分鐘、秒鐘需要在24時清

6、零。（3） 數(shù)碼管顯示模塊自定義一個比較器，根據(jù)快速的時鐘來判斷74138選擇應(yīng)該顯示時分秒的某一位及其十位個位。通過7448將所含信息表示為數(shù)碼管上的數(shù)字。4. 系統(tǒng)功能測試及分析試驗箱的數(shù)碼管可以顯示6位數(shù)字，其中最后一位從09循環(huán)，時間間隔約1s。當(dāng)最后一位從九到零時，其前面一個數(shù)碼管所顯示的數(shù)字加一。實現(xiàn)了進(jìn)位功能。最后兩位從59到00時，中間的兩個數(shù)字加一。當(dāng)總體為235959時，下一秒顯示000000。5. 問題及心得體會在實踐過程中，遇到了有很多問題，例如，如何讓六個數(shù)碼管顯示一排數(shù)字，以及如何靈活的應(yīng)用自定義的比較器。起初，本打算用7493來實現(xiàn)時分秒的計數(shù)。但在學(xué)習(xí)課堂上，通過對一系列計數(shù)器的了解，74192/74160的模數(shù)為10，而7493的模數(shù)為16，如果用7493的話，則會需要更多的元器件來實現(xiàn)置數(shù)、清零等操作，從而增加了元器件的成本。此外，從課堂上的單一試驗到豐富的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，需要對常用電路及元器件之間的連接方法進(jìn)行不斷積累，這樣才能夠設(shè)計出高效率、低成本的電路。6. 參考文獻(xiàn)1劉和平，王維俊，江渝等. TMS320LF240x DSP C語言開發(fā)應(yīng)用.北京航空航