數字邏輯電路實驗報告.doc

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1、數字邏輯電路設計--多功能數字鐘學院：計算機科學與通信工程專業(yè)：姓名：學號：指導老師：多功能數字鐘一、設計任務及要求（1）擁有正常的時、分、秒計時功能。（2）能利用實驗板上的按鍵實現校時、校分及清零功能。（3）能利用實驗板上的揚聲器做整點報時。（4）鬧鐘功能（5）在MAXPLUSII中采用層次化設計方法進行設計。（6）在完成全部電路設計后在實驗板上下載，驗證設計課題的正確性。二、多功能數字鐘的總體設計和頂層原理圖作為根據總體設計框圖，可以將整個系統(tǒng)分為六個模塊來實現，分別是計時模塊、校時模塊、整點報時模塊、分頻模塊、動

2、態(tài)顯示模塊及鬧鐘模塊。（1）計時模塊該模塊使用74LS160構成的一個二十四進制和兩個六十進制計數器級聯，構成數字鐘的基本框架。二十四進制計數器用于計時，六十進制計數器用于計分和秒。只要給秒計數器一個1HZ的時鐘脈沖，則可以進行正常計時。分計數器以秒計數器的進位作為計數脈沖。用兩個74160連成24進制的計數器，原圖及生成的器件如下：注：利用使能端，時鐘信號，清零以及預置數功能連成24進制。生成的二十四進制計數器用兩個74160連成的60進制計數器，原圖及生成的器件如下：生成的六十進制計數器（2）校時模塊校時模塊設計要

3、求實現校時，校分以及清零功能。*按下校時鍵，小時計數器迅速遞增以調至所需要的小時位。*按下校分鍵，分計數器迅速遞增以調至所需要的分位。*按下清零鍵，將秒計數器清零。注意事項：①在校分時，分計數器的計數不應對小時位產生影響，因而需要屏蔽此時分計數器的進位信號以防止小時計數器計數。②利用D觸發(fā)器進行按鍵抖動的消除，因為D觸發(fā)器是邊沿觸發(fā)，在除去時鐘邊沿到來前一瞬間之外的絕大部分時間都不接受輸入，可以消除抖動。③計時采用1HZ的脈沖驅動計數器計數，而校時則需要較高頻率的信號驅動以達到快速校時的目的。因此這兩種脈沖信號就需要兩

4、路選擇器進行選擇，條件即為是否按鍵。注：D觸發(fā)器用于按鍵的消抖，接更高的頻率用于校時和校分，二路選擇器用于區(qū)分是正常計時還是校時。（3）整點報時模塊計時到59分50秒時，每兩秒一次低音報時，整點時進行高音報時。以不同頻率的脈沖信號區(qū)分低音和高音報時。報時的條件是計數器計數至所需要的時間點，因而需要一個比較模塊，將分計數器和秒計數器的輸出連至比較模塊輸入端完成比較過程。注：F1表示計數器分的高位，F0表示分的低位；M1表示秒的高位，M0表示秒的低位。當時間為59分00,02,04,06,08進行低音報時，當為整點時進行高

5、音報時。SIGA為1時低音報時，SIGB為1時高音報時。（4）分頻模塊在這個系統(tǒng)中需要很多種不同頻率的脈沖信號，這些均可以通過一個基準頻率分頻器生成。分頻器就是一個進制很大的計數器，利用計數器的分頻功能，從不同的輸出位得到所需要的脈沖信號。注：由于clk的頻率為1024hz，所以可以定義一個std_logic_vector(9downto0),使它不停地從0000000000加到1111111111然后又返回0000000000，由于最低位在clk脈沖到來時從0變?yōu)?，然后又在下一個脈沖變回0,因此最低位的時鐘周期為c

6、lk的時鐘周期的兩倍，它的頻率就為clk頻率的確1/2即512hz。同理，次高位的頻率就為clk頻率的1/2*1/2=1/4，用這種方法就可以得到各種能整除1024的頻率，從而實現分頻。生成的分頻器（4）動態(tài)顯示模塊在6個不同的時間段分別將每組時間經過七段譯碼后輸出到6個數碼管，當某一組時間的七段碼到達時，只點亮對應位置上的數碼管，顯示相應的數字，6次一個循環(huán)，形成一個掃描序列。利用人眼的視覺暫留則可以同步顯示6個數字。注：CLK為時鐘信號，S為計數器的小時，F為分，M為秒，SELOUT為六路選擇器，選擇哪個數碼管工作

7、，SEGOUT為七段譯碼器，使數碼管顯示數字。動態(tài)掃描器件（6）鬧鐘模塊注意事項：①設定的鬧鐘的時間應使用新的計數器進行存儲，與正常的計時互不干擾。②與正常計時狀態(tài)的顯示切換?？梢栽O定一個按鍵，用于選擇是將計時時間還是將鬧鐘時間送至動態(tài)顯示模塊。③應實現一個比較模塊，當計時到與鬧鐘時間相等時，則驅動揚聲器鳴叫。④鬧鐘響聲應限定在一定時間內，且在這段時間內應隨時可以通過按鍵取消鬧時狀態(tài)。鬧鐘調時和分以及正常計時與鬧鐘定時之間的選擇原圖及生成的器件如下：注：輸入端CLK為時鐘信號，SD清零，NAOZHONG是使計數器正常計

8、時和鬧鐘定時界面的切換，SE調鬧鐘的小時，SD調鬧鐘的分，輸出端即為鬧鐘的小時和分。鬧鐘界面和正常計時界面的轉換器件如下：注：S表示計時器的時，F表示計時器的分，M表示計數器的秒；SS表示鬧鐘的時，FF表示鬧鐘的分；Q為計時和鬧鐘兩個界面的切換開關，ABC為輸出的時間。正常計時時間和設定鬧鐘時間的比較器件如下：注：S表示正常計時的