數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)--數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

1、<p>　　2012年5月20日</p><p><b>　　數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)要求</b></p><p>　　數(shù)字時(shí)鐘是由振蕩器、分頻器、計(jì)秒電路、計(jì)分電路、計(jì)時(shí)電路組成。計(jì)時(shí)采用24h和12h兩種。當(dāng)接通電源或數(shù)字鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差，都需要對(duì)數(shù)字鐘作時(shí)、分、秒時(shí)間校正。本

2、次設(shè)計(jì)的具體要求如下：</p><p>　　顯示時(shí)、分、秒的十進(jìn)制顯示，采用24小時(shí)制。</p><p><b>　　校時(shí)功能。</b></p><p><b>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)。</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路</b></p><p><

3、;b>　　數(shù)字鐘的組成原理圖</b></p><p>　　數(shù)字式電子鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)1Hz 進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路! 秒計(jì)數(shù)器滿60 后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位,,分計(jì)數(shù)器滿60 后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位, 時(shí)計(jì)數(shù)器按24翻1 規(guī)律計(jì)數(shù), 計(jì)數(shù)輸出經(jīng)譯碼器送LED 顯示器,由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致,故需要在電路上加上一個(gè)校時(shí)電路。 同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1Hz時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確、穩(wěn)定，通常使用石英晶體振蕩器電

4、路構(gòu)成，如下圖所示為數(shù)字式電子鐘的構(gòu)成原理框圖。</p><p><b>　　2、數(shù)字鐘設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　為完成上述功能，可以把數(shù)字鐘系統(tǒng)劃分為三部分：時(shí)針源（即標(biāo)準(zhǔn)秒鐘的產(chǎn)生電路）主體電路，擴(kuò)展電路。主體電路EDA 設(shè)計(jì)又可劃分為計(jì)時(shí)電路、校時(shí)電路、譯碼顯示電路3部分。</p><p><b>　　3、底層電路設(shè)

5、計(jì)</b></p><p>　　時(shí)針源——晶體振蕩器電路給數(shù)字式電子鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定、準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào),將32768Hz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768次分頻后得到1Hz 的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15 級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　計(jì)時(shí)電路——時(shí)間計(jì)數(shù)器電路由秒個(gè)位、 秒十位計(jì)數(shù)器，分個(gè)位、分十位計(jì)數(shù)及時(shí)個(gè)位、時(shí)十位計(jì)數(shù)電路構(gòu)

6、成。其中，秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器，分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求時(shí)個(gè)位和時(shí)十位構(gòu)成的為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)間計(jì)數(shù)單元共有：時(shí)計(jì)數(shù)，分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)3部分，根據(jù)設(shè)計(jì)要求時(shí)計(jì)數(shù)單元為一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，共輸出為兩位8421BCD碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器!，共輸出也為兩位8421BCD碼。圖1和圖2 分別給出了60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制邏輯圖。</p><p>　　圖一、60進(jìn)制計(jì)數(shù)器

7、</p><p>　　圖2、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　校時(shí)電路——當(dāng)剛接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。對(duì)時(shí)間的校正是通過(guò)截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，而用頻率較高的方波信號(hào)加到其需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端! 這樣可以很快使校正的時(shí)間調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的數(shù)值，這時(shí)再將選擇開(kāi)關(guān)打向正常時(shí)就可以準(zhǔn)確走時(shí)了。如圖3所示為時(shí)、分、秒校時(shí)的校時(shí)電路。在校時(shí)電路中，其實(shí)現(xiàn)方法是采用計(jì)數(shù)脈沖和計(jì)

8、數(shù)使能來(lái)實(shí)現(xiàn)校時(shí)的。</p><p>　　譯 碼 顯 示 電 路——為了將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來(lái)，須用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，這種譯碼器通常稱為七段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器電路， 本設(shè)計(jì)可選器件7447為譯碼驅(qū)動(dòng)電路。譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。</p>&

9、lt;p>　　4、數(shù)字鐘頂層電路設(shè)計(jì)</p><p>　　首先按前面的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行低層模塊的設(shè)計(jì)與編輯仿真，正確無(wú)誤后，即可將設(shè)計(jì)的低層模塊轉(zhuǎn)化為與之相對(duì)應(yīng)的元件符號(hào)，而后我們就可以用這些元件符號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的頂層原理圖，如圖4所示。本設(shè)計(jì)中要仿真的對(duì)象為數(shù)字鐘，須設(shè)定一個(gè)1Hz的輸入時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)校時(shí)脈沖SET,模擬的設(shè)置開(kāi)關(guān)信號(hào)MODE的波形,為了能夠看到合適的仿真結(jié)果,假定網(wǎng)絡(luò)時(shí)間(Girl Size

10、)為10.0ns，總模擬的時(shí)間（END TIME）為3ms。</p><p><b>　　軟件仿真</b></p><p>　　1、60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真結(jié)果如下：</p><p>　　60進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真波形圖</p><p>　　2、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真結(jié)果如下：</p><p>　　24進(jìn)制計(jì)數(shù)器

11、仿真波形圖</p><p>　　3、數(shù)字鐘的頂層電路仿真結(jié)果如下：</p><p>　　數(shù)字鐘的頂層電路波形仿真圖</p><p><b>　　討論</b></p><p>　　數(shù)字時(shí)鐘基于MAX+ plus II設(shè)計(jì), 經(jīng)過(guò)軟件仿真并下載到硬件( 電子EDA 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)) 實(shí)現(xiàn), 結(jié)果表明本設(shè)計(jì)是合理可行的,但是感覺(jué)

12、很繁瑣，是不是可以考慮一種過(guò)程簡(jiǎn)單一點(diǎn)的呢？通過(guò)查閱大量資料發(fā)現(xiàn)是可以的。其另一種設(shè)計(jì)思想及方法是以語(yǔ)言描述為主, 原理圖設(shè)計(jì)相結(jié)合。但是使用過(guò)多可能會(huì)導(dǎo)致編譯失敗。所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如何取舍是一個(gè)難題，本人認(rèn)為對(duì)于我這樣基礎(chǔ)不是很扎實(shí)的，采用前者是比較合理的</p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　(1)歐陽(yáng)星明，數(shù)字邏輯【M】武漢華中

13、科技大學(xué)出版社,2002.222-248</p><p>　　(2)廖裕評(píng)，陸瑞強(qiáng),CPLD數(shù)字電路設(shè)計(jì)__使用 MAX+Plus II[M],北京:清華大學(xué)出版社2001.460-475.</p><p>　　(3)呂思忠，施齊云:數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M]，哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001.20-25</p><p><b>　　心得和體會(huì)&l

14、t;/b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我在課堂上所學(xué)的知識(shí)得到了鞏固，同時(shí)又把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，鍛煉了我們大動(dòng)手動(dòng)腦能力。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們遇到了不少的困難，比如說(shuō)芯片不認(rèn)識(shí)，比較難找，找到了還得花時(shí)間花心思去學(xué)習(xí)研究。</p><p>　　這個(gè)過(guò)程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過(guò)程，不能有絲毫的急躁，馬虎，要熟練地掌握課本上的知