第一篇：數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)
數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
一、設(shè)計(jì)目的
數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。
因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計(jì)要求
（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)
① 時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期； ② 顯示時(shí)、分、秒；
③ 具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； ④ 計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)； ⑤ 為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。（2）設(shè)計(jì)要求
① 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； ② 元器件及參數(shù)選擇； ③ 電路仿真與調(diào)試；
④ PCB文件生成與打印輸出。
（3）制作要求
自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。
（4）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告
寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。
三、原理框圖
1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成
數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(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路構(gòu)成數(shù)字鐘。
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（a）數(shù)字鐘組成框圖
2．晶體振蕩器電路
晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構(gòu)成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
（b）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）/ 12 3．時(shí)間記數(shù)電路
一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74HC290、74HC390等來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。本次設(shè)計(jì)中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計(jì)數(shù)器，并每一計(jì)數(shù)器均有一個(gè)異步清零端（高電平有效）。
秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號(hào)相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。
秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖 ２.４所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。
十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路
分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計(jì)數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。
時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為１２進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行１２進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實(shí)現(xiàn)１２進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖（d）所示。
（d）十二進(jìn)制電路
另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為１ＨZ信號(hào)之用。
4．譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路
選擇ＣＤ４５１１作為顯示譯碼電路；選擇ＬＥＤ數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號(hào)翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。
計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由451/ 12 芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制數(shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。
5．校時(shí)電路
數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路，In1端與低位的進(jìn)位信號(hào)相連；In2端與校正信號(hào)相連，校正信號(hào)可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號(hào)；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。
實(shí)際使用時(shí)，因?yàn)殡娐烽_關(guān)存在抖動(dòng)問題，所以一般會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路就如圖（f）。
（f）帶有消抖電路的校正電路
6．整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路
電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。
當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個(gè)位的QＤ和QＡ及秒計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。
報(bào)時(shí)電路可選74HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。/ 12 說明：當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí) 分十位、分個(gè) 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QA，個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。IO1分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計(jì)數(shù)器個(gè)位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計(jì)－整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分
四、元器件
1．四連面包板1塊（編號(hào)A45）2．鑷子1把 3．剪刀1把
4．共陰八段數(shù)碼管6個(gè) 5．網(wǎng)絡(luò)線2米/人 6．CD4511集成塊6塊 7．CD4060集成塊1塊 8．74HC390集成塊3塊 9．74HC51集成塊1塊 10．74HC00集成塊4塊 11．74HC30集成塊1塊 12．10MΩ電阻5個(gè) 13．500Ω電阻14個(gè) 14．30p電容2個(gè)
15．32.768k時(shí)鐘晶體1個(gè) 16．蜂鳴器10個(gè)（每班）1）芯片連接圖
1)74HC00D
2)CD4511 / 12
3)74HC390D
4)74HC51D
2．面包板的介紹
面包板一塊總共由五部分組成，一豎四橫，面包板本身就是一種免焊電板。面包板的樣式是：
/ 12 面包板的注意事項(xiàng)：
1． 面包板旁一般附有香蕉插座，用來輸入電壓、信號(hào)及接地。2． 上圖中連著的黑線表示插孔是相通的。
3． 拉線時(shí)，盡量將線緊貼面包板，把線成直角，避免交叉，也不要跨越元件。4． 面包板使用久后，有時(shí)插孔間連接銅線會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象，此時(shí)要將此排插孔做記號(hào)。并不再使用。
五、各功能塊電路圖
數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。
（一）六進(jìn)制電路
由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖一。
U1A3123U2A12Com74HC00D74HC00DU5SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGU3AV1 32Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U413DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC390D43~ELOF~BI~LTOGVCC5V4511BD將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制的連接方法
（二）十進(jìn)制電路
由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖二。/ 12 U4A3126U4B4574HC00D74HC00DComU3SEVEN_SEG_COM_KU1AV1 60Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U213DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514ABCDEFGVCC5V74HC390D43~ELOF~BIOG~LT4511BD十進(jìn)制接法測(cè)試仿真電路
（三）六十進(jìn)制電路
由兩個(gè)數(shù)碼管、兩4511、一個(gè)74HC390與一個(gè)7400芯片組成，電路如圖三。
（四）雙六十進(jìn)制電路
由2個(gè)六十進(jìn)制連接而成，把分個(gè)位的輸入信號(hào)與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進(jìn)位，電路圖如圖四。/ 12
ComComSEVEN_SEG_COM_KU1B6453U1A12U4SEVEN_SEG_COM_KU7U11BABCDEFG64513DADBDCDD5OAOBOCODOE~ELOF~BI~LTOG1211109151421CLR141INA1INB3U10A12ABCDEFG74HC00D74HC00DU3B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD11109U2712674HC00D74HC00DU8A31QA1QB1QC1QD5677126U913DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514VCC5V74HC390D43U1C891011U1D12134511BD74HC390DComVCCU643~ELOF~BI~LTOG5VSEVEN_SEG_COM_K74HC00D74HC00DABCDEFG84511BDComU15C91011U16DSEVEN_SEG_COM_K1213U14U3A131INA1INB21CLR1QA1QB1QC1QD5677126U513DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC00D74HC00DU12B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD111097126U13DADBDCDD5OAOBOCODOEABCDEFG***14V1 100kHz 5V474HC390D43~ELOF~BI~LTOGVCC74HC390D5V43~ELOF~BI~LTOG4511BD4511BD
（五）時(shí)間計(jì)數(shù)電路
由1個(gè)十二進(jìn)制電路、2個(gè)六十進(jìn)制電路組成，因上面已有一個(gè)雙六十電路，只要把它與十二進(jìn)制電路相連即可，詳細(xì)電路見圖五。
ComComComComComComU1SEVEN_SEG_COM_KU2SEVEN_SEG_COM_KU4SEVEN_SEG_COM_KU3SEVEN_SEG_COM_KU5SEVEN_SEG_COM_KU6SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGABCDEFGABCDEFGVCCVCCABCDEFGABCDEFGABCDEFG5V***45VVCCVCC***49***45V***3121110***01514145V9VCCOG995V99OAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOG~LT~LT~EL~EL~BI~BI~ELDADCDDDADCDDDADC~LT~LT~LTDBDB~EL~EL~EL~BI~BIDADCDDDADCDDDADCDBDB3DBDD~BI5V73DBDD4511BD54511BD******12643U23CU25A74HC00D***8U21A74HC00D13111038U20C74HC00D3U19A74HC00D131110974HC00D9356356772QB1QD2QD2QD1QB1QC2QB2QC2QB2QC1QB1QA2QA2QA1QA1QC1QD2QA2QC2QD61QB2INA1CLR2CLR2CLR1INA1INB2INA2INB2INA2INB1INA1INA1INB74HC00D161CLR74HC390D6151INB74HC00D111CLRU26B74HC390D74HC390N1174HC390N74HC390DU20B1574HC00D1262INB74HC00D74HC00D***242V1 1000Hz 5V時(shí)，分，秒計(jì)時(shí)電路圖
（六）校正電路
由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時(shí)校正兩部分，電路如圖六。/ 12
142CLRU13AU16B1QA1QC1QDU24DU22BU14AU17BU20DU15AU18B74HC390N43~BI~LT4511BDOGU7U8OFU10VCC4511BDOGU9U114511BDOFU124511BD1010921921254***254IO1VCC正常輸入信號(hào)5V校正信號(hào)IO2R1U2C9108小時(shí)校正電路J110Mohm74HC00D注意：分校時(shí)時(shí)，不會(huì)進(jìn)位到小時(shí)。U11111213910U2DKey = A12R210MohmIO313U2A8123時(shí)計(jì)數(shù)器IO574HC00D1123674HC00D正常輸入信號(hào)校正信號(hào)IO4R3U3A10Mohm12U2B456分計(jì)數(shù)器IO64574HC00D74HC51D3J274HC00DKey = B分鐘校正電路分校正時(shí)鎖定小時(shí)信號(hào)輸入R410MohmU3B456圖中采用基本RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，其中與非門選用74HC00；對(duì)J1和J2，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)與0相與為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。74HC00D數(shù)字鐘設(shè)計(jì)－校時(shí)電路部分
（七）晶體振蕩電路
由晶體與2個(gè)30pF電容、1個(gè)4060、一個(gè)10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號(hào)，電路如圖七。
（八）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路
由74HC30D和蜂鳴器組成，當(dāng)時(shí)間在59:50到59:59時(shí)，蜂鳴報(bào)時(shí)，電路如圖八。/ 12 說明：當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí) 分十位、分個(gè) 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QA，個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。IO1分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計(jì)數(shù)器個(gè)位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計(jì)－整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分
六、總接線元件布局簡(jiǎn)圖
整個(gè)數(shù)字鐘由時(shí)間計(jì)數(shù)電路、晶體振蕩電路、校正電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。
其中以校正電路代替時(shí)間計(jì)數(shù)電路中的時(shí)、分、秒之間的進(jìn)位，當(dāng)校時(shí)電路處于正常輸入信號(hào)時(shí)，時(shí)間計(jì)數(shù)電路正常計(jì)時(shí)，但當(dāng)分校正時(shí)，其不會(huì)產(chǎn)生向時(shí)進(jìn)位，而分與時(shí)的校位是分開的，而校正電路也是一個(gè)獨(dú)立的電路。
電路的信號(hào)輸入由晶振電路產(chǎn)生，并輸入各電路。簡(jiǎn)圖如圖九。
七、芯片連接總圖
因仿真與實(shí)際元件上的差異，所以在原有的簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上，又按實(shí)際布局畫了這張按實(shí)際芯片布局的接線圖，如圖十。
八、總結(jié)
1． 實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法
① 面包板測(cè)試
測(cè)試面包板各觸點(diǎn)是否接通。
② 七段顯示器與七段譯碼器的測(cè)量 / 12 把顯示器與CD4511相連，第一次接時(shí)，數(shù)碼管完全沒有顯示數(shù)字，檢查后發(fā)現(xiàn)是數(shù)碼管未接地而造成的，接地后發(fā)現(xiàn)還是無法正確顯示數(shù)字，用萬用表檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)是因芯片引腳有些接觸不良而造成的，所以確認(rèn)芯片是否接觸良好是非常重要的一件事。
③ 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的連接與測(cè)試
六進(jìn)制、十進(jìn)制都沒有什么大的問題，只是芯片引腳的老問題，只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進(jìn)制時(shí)，按圖接線后發(fā)現(xiàn)，顯示器上的數(shù)字總是100進(jìn)制的，而不是六十進(jìn)制，檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后，在重對(duì)連線時(shí)發(fā)現(xiàn)是線路接錯(cuò)引腳造成的，改過之后，顯示就正常了。
④ 校正電路
因上面程因引腳接錯(cuò)而造成錯(cuò)誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的，在測(cè)試時(shí)，開始進(jìn)行時(shí)校時(shí)時(shí)，沒有出現(xiàn)問題，但當(dāng)進(jìn)行到分校時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯(cuò)。因此，電路一定是有地方出錯(cuò)了，在反復(fù)對(duì)照后，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵诮尤胄Ｕ娐窌r(shí)忘了把秒十位和分個(gè)位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時(shí)一定要注意把不要的多余的線拿掉。
2． 設(shè)計(jì)體會(huì)
通過這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)椋賹?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒ΑＫ裕谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。
3． 對(duì)設(shè)計(jì)的建議
我希望老師在我們動(dòng)手制作之前應(yīng)先告訴我們一些關(guān)于所做電路的資料、原理，以及如何檢測(cè)電路的方法，還有關(guān)于檢測(cè)芯片的方法。這樣會(huì)有助于我們進(jìn)一步的進(jìn)入狀況，完成設(shè)計(jì) / 12
第二篇：EDA課程設(shè)計(jì) 數(shù)字時(shí)鐘
EDA
課程設(shè)計(jì)報(bào)告
一·設(shè)計(jì)任務(wù)
使用硬件描述語言，在CPLD/FPGA上實(shí)現(xiàn)一個(gè)多功能數(shù)字鐘。
二·設(shè)計(jì)要求
除按鍵、LED、揚(yáng)聲器、時(shí)鐘信號(hào)外，整個(gè)數(shù)字鐘的功能要求在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)。
a)具有時(shí)，分，秒，計(jì)數(shù)顯示功能，以24小時(shí)循環(huán)計(jì)時(shí)； b)具有時(shí)間清零功能；
c)具有小時(shí)、分鐘和秒鐘調(diào)整功能（個(gè)位和十位分開調(diào)或合起來調(diào)）。
d)具有鬧鐘功能，能預(yù)設(shè)鬧鐘時(shí)間，精確到秒。
整個(gè)數(shù)字鐘只設(shè)一個(gè)時(shí)鐘輸入端口，所需不同頻率信
號(hào)在內(nèi)部分頻實(shí)現(xiàn)。（LED掃描頻率設(shè)為50Hz以上）。
三·設(shè)計(jì)方案
設(shè)計(jì)采用模塊方式，分別為分頻模塊：產(chǎn)生1Hz的脈沖作為秒的輸入，和產(chǎn)生1kHz的脈沖作為數(shù)碼管顯示的動(dòng)態(tài)掃描。計(jì)時(shí)模塊：秒模塊，分模塊，時(shí)模塊。鬧鐘模塊，顯示模塊，控制模塊。
四·模塊端口設(shè)置
1.分頻模塊
輸入：clkin :
本實(shí)驗(yàn)輸入為50MHz晶振
輸出：clk : 為顯示模塊及始終調(diào)節(jié)提供1KHz脈沖
clkt: 為計(jì)數(shù)器模塊提供1Hz脈沖
2.計(jì)時(shí)模塊
m 是模式按鍵，當(dāng)m=0 時(shí)，進(jìn)入計(jì)時(shí)模式，在計(jì)時(shí)模式下可以進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。num3，num4 產(chǎn)生加速調(diào)整時(shí)間，當(dāng)其值為1 時(shí)，可以快速調(diào)整時(shí)間，該調(diào)整時(shí)間的頻率由clk 提
供。counta，count1 是手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間。Turn 接按鍵，可以改變當(dāng)前調(diào)節(jié)的是小時(shí)還是分鐘，長(zhǎng)按turn 鍵還可以使秒鐘信號(hào)清零。sec1,min1,hour1 輸出的是計(jì)時(shí)的秒，分，時(shí)。
3.鬧鐘模塊
原理：num1，num2 產(chǎn)生加速調(diào)整時(shí)間，當(dāng)其值為1 時(shí)，可以快速調(diào)整時(shí)間，該調(diào)整時(shí)間的
頻率由clk 提供。countb，count2 是手動(dòng)調(diào)節(jié)鬧鐘時(shí)間。amin,ahour 是輸出的鬧鐘的分鐘和 小時(shí) 4.控制模塊
m 是模式按鍵，當(dāng)m=0 時(shí)，指當(dāng)前輸出的是計(jì)時(shí)功能；當(dāng)m=1 時(shí)，指當(dāng)前調(diào)整的是
鬧鐘時(shí)間；當(dāng)m=2 時(shí)，指當(dāng)前調(diào)整的是計(jì)時(shí)時(shí)間；當(dāng)m=3 時(shí)，此時(shí)turn 按鍵可用于跑表的
暫停與開始。change 接按鍵，手動(dòng)調(diào)整時(shí)，每按一次，計(jì)數(shù)器加1；如果長(zhǎng)按，則連續(xù)快
速加1，用于快速調(diào)時(shí)和定時(shí)；turn 接按鍵，在手動(dòng)校時(shí)功能時(shí)，選擇是調(diào)整小時(shí)，還是分
鐘；若長(zhǎng)時(shí)間按住該鍵，還可使秒信號(hào)清零，用于精確調(diào)時(shí)。count1,count2,counta,countb 分
別是用來調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)時(shí)間和鬧鐘時(shí)間。LD_min,LD_hour,指示當(dāng)前調(diào)節(jié)的是分鐘還是小時(shí)。5 顯示模塊
輸入：clk--1kHz時(shí)鐘，提供高頻掃描
in0、in1…in5--分別為時(shí)、分、秒的個(gè)位與十位信號(hào)
輸出：a、b…g--數(shù)碼管輸入
d0、d1…d5--數(shù)碼管選通
五．程序。
分頻模塊
module fenpin(clk,clkt,clkin);input clkin;output clk,clkt;reg clk,clkt;reg [31:0]out,t1;
initial t1<=0;initial out<=0;initial clk<=0;initial clkt<=0;
always@(posedge clkin)begin
out<=out+1;
if(out==20000)
begin
out<=0;
clk<=!clk;
end end
always@(posedge clk)
begin
t1<=t1+1;
if(t1==1000)
begin
clkt<=1;
t1<=0;
end
else
clkt<=0;end endmodule
計(jì)時(shí)模塊 module jishi(clk,clk_1Hz, turn,mode,count1,counta,sec1,min1,hour1,num3,num4);input clk,clkt,turn,num3,num4;input mode;input count1,counta;output [7:0] sec1,min1;output [7:0] hour1;wire clkt,ct1,cta,turn,num3,num4;reg [7:0] sec1=0,min1=0;reg [7:0] hour1=0;reg [1:0] m;wire count1,counta;reg minclk,hclk;always @(posedge mode)//mode 信號(hào)控制系統(tǒng)在三種功能間轉(zhuǎn)換 begin if(m==4)m<=0;else m<=m+1;end /////秒鐘計(jì)時(shí)模塊////// always @(posedge clkt)
if((sec1==8'h59)|turn&(!m))///////若長(zhǎng)時(shí)間按住該鍵，還可使秒信號(hào)清零，用于精確調(diào)時(shí)。begin sec1<=0;//按住“turn”按鍵一段時(shí)間，秒信號(hào)可清零，該功能用于手動(dòng)精確調(diào)時(shí)
if(!(turn&(!m)))minclk<=1;///產(chǎn)生進(jìn)位 end else begin if(sec1[3:0]==4'b1001)begin sec1[3:0]<=4'b0000;sec1[7:4]<=sec1[7:4]+1;end else sec1[3:0]<=sec1[3:0]+1;minclk<=0;end ////////分鐘計(jì)時(shí)模?/// assign m_clk=minclk||count1;/////m_clk 產(chǎn)生進(jìn)位或校正改變 assign ct1=(num3&clk)|(!num3&m_clk);//ct1 用于計(jì)時(shí)、校時(shí)中的分鐘計(jì)數(shù)
always @(posedge ct1)begin if(min1==8'h59)begin min1<=0;hclk<=1;end else begin if(min1[3:0]==9)
begin min1[3:0]<=0;min1[7:4]<=min1[7:4]+1;end else min1[3:0]<=min1[3:0]+1;hclk<=0;end end ////////小時(shí)計(jì)時(shí)模塊/// assign h_clk=hclk||counta;//////h_clk 產(chǎn)生進(jìn)位或校正改變 assign cta=(num4&clk)|(!num4&h_clk);//cta 用于計(jì)時(shí)、校時(shí)中的小時(shí)計(jì)數(shù)
always @(posedge cta)if(hour1==8'h23)hour1<=0;else if(hour1[3:0]==9)begin hour1[7:4]<=hour1[7:4]+1;hour1[3:0]<=0;end else hour1[3:0]<=hour1[3:0]+1;Endmodule
鬧鐘模塊
module alarm(clk,amin,ahour,num1,num2,count2,countb,LD_alert);input clk,num1,num2,count2,countb;output [7:0] amin;
output [7:0] ahour;output LD_alert;wire LD_alert;reg [7:0] amin=0;reg [7:0] ahour=0;assign ct2=(num1&clk)|(!num1&count2);//ct2 用于定時(shí)狀態(tài)下調(diào)整分鐘信號(hào)
assign LD_alert=(ahour|amin)?1:0;//指示是否進(jìn)行了鬧鈴定時(shí) always @(posedge ct2)if(amin==8'h59)amin<=0;else if(amin[3:0]==9)begin amin[3:0]<=0;amin[7:4]<=amin[7:4]+1;end else amin[3:0]<=amin[3:0]+1;assign ctb=(num2&clk)|(!num2&countb);////ctb 用于定時(shí)狀態(tài)調(diào)節(jié)小時(shí)信號(hào) always @(posedge ctb)if(ahour==8'h23)ahour<=0;else if(ahour[3:0]==9)begin ahour[3:0]<=0;ahour[7:4]<=ahour[7:4]+1;end else ahour[3:0]<=ahour[3:0]+1;Endmodule 控制模塊
module ctrol(change,turn,count1,count2,counta,countb,pause,LD_min,LD_hour,mode);input change,mode,turn;output count1,count2,counta,countb,pause,LD_min,LD_hour;reg [1:0] m;reg fm=0,count1=0,count2=0,counta=0,countb=0,pause=0,LD_min=0,LD_hour=0;wire mode,turn,change;always @(posedge mode)//mode 信號(hào)控制系統(tǒng)在三種功能間轉(zhuǎn)換 begin if(m==4)m<=0;else m<=m+1;end always @(posedge turn)//////////接按鍵，在手動(dòng)校時(shí)功能時(shí)，選擇是調(diào)整小時(shí)，還是分鐘； begin fm<=~fm;end
always @(m or fm or change)begin case(m)2: begin ////////2：調(diào)節(jié)時(shí)間功能； if(fm)begin count1<=change;{LD_min,LD_hour}<=2;end//////指示當(dāng)前調(diào)整的是分鐘
Else
begin counta<=change;{LD_min,LD_hour}<=1;end/////指示當(dāng)前調(diào)整的是小時(shí) {count2,countb}<=0;end 1: begin //////1：調(diào)節(jié)鬧鐘功能 if(fm)begin count2<=change;{LD_min,LD_hour}<=2;end/////指示當(dāng)前調(diào)整的是分 else begin countb<=change;{LD_min,LD_hour}<=1;end/////指示當(dāng)前調(diào)整的是小時(shí) {count1,counta}<=0;end
0: begin {count1,count2,counta,countb,LD_min,LD_hour}<=0;end ////0：計(jì)時(shí)功能 endcase end endmodule 顯示模塊
module show(min1,sec1,amin,hour1,ahour,MSH,MSL,SH,SL,MH,ML,min,sec,hour,mode);input [7:0] min1,sec1,amin;input [7:0] hour1,ahour;input[3:0] MSH,MSL,SH,SL,MH,ML;input mode;output [7:0] min,sec;output [7:0] hour;reg [7:0] min,sec;reg [7:0] hour;reg [1:0] m;always @(posedge mode)//mode 信號(hào)控制系統(tǒng)在三種功能間轉(zhuǎn)換
begin if(m==4)m<=0;else m<=m+1;end always @(min1 or sec1 or amin or hour1 or ahour or m)begin case(m)0: begin hour<=hour1;min<=min1;sec<=sec1;end 1: begin hour<=ahour;min<=amin;sec<=8'hzz;end 2: begin hour<=hour1;min<=min1;sec<=8'hzz;end 3: begin
hour<={SH,SL};
min<={MSH,MSL};sec<={MH,ML};end endcase end Endmodule
六
實(shí)驗(yàn)分析 七
實(shí)驗(yàn)總結(jié)
八、參考資料
1、《EDA技術(shù)實(shí)用教程》
2、實(shí)驗(yàn)箱使用說明；
第三篇：EDA課程設(shè)計(jì)——數(shù)字時(shí)鐘
Hefei University
EDA課程綜述
論文題目： EDA課程綜述
專 業(yè)： 09通信(2)班
姓 名： 唐吉祥
學(xué) 號(hào)： 0905072035 指導(dǎo)老師： 查長(zhǎng)軍
前
言
隨著基于PLD的EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和深入，EDA技術(shù)在電子信息、通信、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的重要性日益提高。
作為現(xiàn)在的大學(xué)生應(yīng)熟練掌握這門技術(shù)，為以后的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是應(yīng)用QuartusII環(huán)境及VHDL語言設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)間可調(diào)的數(shù)字時(shí)鐘。使自己熟練使用QuartusII環(huán)境來進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握VHDL語言的設(shè)計(jì)方法。要注重理論與實(shí)踐之間的不同，培養(yǎng)自己的實(shí)踐能力！
目錄
一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求............................................................................................3
1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.........................................................................................................3 1.2功能設(shè)計(jì)..........................................................................................................3
二、整體設(shè)計(jì)思想........................................................................................................3
2.1性能指標(biāo)及功能設(shè)計(jì)......................................................................................3 2.2總體方框圖......................................................................................................4
三、詳細(xì)設(shè)計(jì)................................................................................................................4
3.1數(shù)字鐘的基本工作原理：..............................................................................4
3.1.1時(shí)基T 產(chǎn)生電路..................................................................................4 3.1.2調(diào)時(shí)、調(diào)分信號(hào)的產(chǎn)生......................................................................4 3.1.3計(jì)數(shù)顯示電路.......................................................................................5 3.2設(shè)計(jì)思路..........................................................................................................5 3.3設(shè)計(jì)步驟..........................................................................................................6
3.3.1工程建立及存盤...................................................................................6 3.3.2工程項(xiàng)目的編譯...................................................................................7 3.3.3目標(biāo)芯片的選擇...................................................................................7 3.3.4時(shí)序仿真...............................................................................................8 3.3.5引腳鎖定.............................................................................................10 3.3.6硬件測(cè)試.............................................................................................11 3.3.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果.............................................................................................11
四、設(shè)計(jì)總結(jié)..............................................................................................................12
五、附錄......................................................................................................................12
5.1 VHDL源程序..................................................................................................12 5.2配置符號(hào)圖....................................................................................................17
一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1）掌握VHDL語言的基本運(yùn)用
2）掌握QuartusII的簡(jiǎn)單操作并會(huì)使用EDA實(shí)驗(yàn)箱 3）掌握一個(gè)基本EDA課程設(shè)計(jì)的操作
1.2功能設(shè)計(jì)
1）有時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)顯示功能,小時(shí)為24進(jìn)制,分鐘和秒為60進(jìn)制以24小時(shí)循環(huán)計(jì)時(shí)
2）設(shè)置復(fù)位、清零等功能
3）有校時(shí)功能,可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí),使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 4）時(shí)鐘計(jì)數(shù)顯示時(shí)有LED燈顯示
二、整體設(shè)計(jì)思想
2.1性能指標(biāo)及功能設(shè)計(jì)
1）時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器
時(shí)計(jì)時(shí)器為一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分、秒計(jì)時(shí)器均為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)秒計(jì)時(shí)器接受到一個(gè)秒脈沖時(shí)，秒計(jì)數(shù)器開始從1計(jì)數(shù)到60，此時(shí)秒顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器數(shù)到00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出送至分計(jì)時(shí)器，此時(shí)分計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1，其顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當(dāng)分計(jì)數(shù)器數(shù)到00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出送至?xí)r計(jì)時(shí)器，此時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1，其顯示器將顯示00、01、02、...、23、00。即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23點(diǎn)59分59秒時(shí)，當(dāng)秒計(jì)時(shí)器在接受一個(gè)秒脈沖，數(shù)字鐘將自動(dòng)顯示00點(diǎn)00分00秒。2）校時(shí)電路
當(dāng)開關(guān)撥至校時(shí)檔時(shí)，電子鐘秒計(jì)時(shí)工作，通過時(shí)、分校時(shí)開關(guān)分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行校對(duì)，開關(guān)每按1次，與開關(guān)對(duì)應(yīng)的時(shí)或分計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)調(diào)至需要的時(shí)與分時(shí)，撥動(dòng)reset開關(guān)，電子鐘從設(shè)置的時(shí)間開始往后計(jì)時(shí)。2.2總體方框圖
三、詳細(xì)設(shè)計(jì)
3.1數(shù)字鐘的基本工作原理：
3.1.1時(shí)基T 產(chǎn)生電路
數(shù)字鐘以其顯示時(shí)間的直觀性、走時(shí)準(zhǔn)確性作為一種計(jì)時(shí)工具，數(shù)字鐘的基本組成部分離不開計(jì)數(shù)器，在控制邏輯電路的控制下完成預(yù)定的各項(xiàng)功能。
由晶振產(chǎn)生的頻率非常穩(wěn)定的脈沖，經(jīng)整形、穩(wěn)定電路后，產(chǎn)生一個(gè)頻率為1Hz的、非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖。
3.1.2調(diào)時(shí)、調(diào)分信號(hào)的產(chǎn)生
由計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程可知，正常計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器（60進(jìn)制）計(jì)數(shù)到59 時(shí)，再來一個(gè)脈沖，則秒計(jì)數(shù)器清零，重新開始新一輪的計(jì)數(shù)，而進(jìn)位則作為分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，使分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)加1。現(xiàn)在我們把電路稍做變動(dòng)：把秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖和一個(gè)頻率為2Hz的脈沖信號(hào)同時(shí)接到一個(gè)2選1數(shù)據(jù)選擇器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，而位選信號(hào)則接一個(gè)脈沖按鍵開關(guān)，當(dāng)按鍵開關(guān)不按下去時(shí)（即為0），則數(shù)據(jù)選擇器將秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖送到分計(jì)數(shù)器，此時(shí)，數(shù)字鐘正常工作；當(dāng)按鍵開關(guān)按下去時(shí)（即為1），則數(shù)據(jù)選擇器將另外一個(gè)2Hz 的信號(hào)作為分計(jì)數(shù) 器的計(jì)數(shù)脈沖，使其計(jì)數(shù)頻率加快，當(dāng)達(dá)到正確時(shí)間時(shí)，松開按鍵開關(guān)，從而達(dá)到調(diào)時(shí)的目的。調(diào)節(jié)小時(shí)的時(shí)間也一樣的實(shí)現(xiàn)。
3.1.3計(jì)數(shù)顯示電路
由計(jì)數(shù)部分、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器組成，是時(shí)鐘的關(guān)鍵部分。
1、計(jì)數(shù)部分：由兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，其中60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器可用6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器和10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成；24 進(jìn)制的小時(shí)計(jì)數(shù)同樣可用6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器和10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器得到：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到24 時(shí)，“2”和“4”同時(shí)進(jìn)行清零，則可實(shí)現(xiàn)24 進(jìn)制計(jì)數(shù)。
2、數(shù)據(jù)選擇器：84 輸入14 輸出的多路數(shù)據(jù)選擇器，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)用到了8個(gè)數(shù)碼管（有兩個(gè)用來產(chǎn)生隔離符號(hào)‘—’）。
3、譯碼器：七段譯碼器。譯碼器必須能譯出‘—’，由實(shí)驗(yàn)二中譯碼器真值表可得：字母F 的8421BCD 碼為“1111”，譯碼后為“1000111”，現(xiàn)在如果只譯出‘—’，即字母F的中間一橫，則譯碼后應(yīng)為“0000001”，這樣，在數(shù)碼管上顯示的就為‘—’。
3.2設(shè)計(jì)思路
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下設(shè)計(jì)方法,由時(shí)鐘分頻部分、計(jì)時(shí)部分、按鍵部分調(diào)時(shí)部分和顯示部分五個(gè)部分組成。這些模塊都放在一個(gè)頂層文件中。
1）時(shí)鐘計(jì)數(shù)：
首先下載程序進(jìn)行復(fù)位清零操作,電子鐘從00：00：00計(jì)時(shí)開始。sethour可以調(diào)整時(shí)鐘的小時(shí)部分, setmin可以調(diào)整分鐘,步進(jìn)為1。
由于電子鐘的最小計(jì)時(shí)單位是1s,因此提供給系統(tǒng)的內(nèi)部的時(shí)鐘頻率應(yīng)該大于1Hz,這里取100Hz。CLK端連接外部10Hz的時(shí)鐘輸入信號(hào)clk。對(duì)clk進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)clk=10時(shí),秒加1,當(dāng)秒加到60時(shí),分加1；當(dāng)分加到60時(shí),時(shí)加1；當(dāng)時(shí)加到24時(shí),全部清0,從新計(jì)時(shí)。
用6位數(shù)碼管分別顯示“時(shí)”、“分”、“秒”,通過OUTPUT(6 DOWNTO 0)上的信號(hào)來點(diǎn)亮指定的LED七段顯示數(shù)碼管。
2）時(shí)間設(shè)置：
手動(dòng)調(diào)節(jié)分鐘、小時(shí)，可以對(duì)所設(shè)計(jì)的時(shí)鐘任意調(diào)時(shí)間，這樣使數(shù)字鐘真正具有使用功能。我們可以通過實(shí)驗(yàn)板上的鍵7和鍵4進(jìn)行任意的調(diào)整，因?yàn)槲覀冇玫臅r(shí)鐘信號(hào)均是1HZ的，所以每LED燈變化一次就來一個(gè)脈沖，即計(jì)數(shù)一次。3）清零功能： reset為復(fù)位鍵，低電平時(shí)實(shí)現(xiàn)清零功能，高電平時(shí)正常計(jì)數(shù)。可以根據(jù)我們自己任意時(shí)間的復(fù)位。
3.3設(shè)計(jì)步驟
3.3.1工程建立及存盤
1．打開 QuartusⅡ，單擊“File”菜單，選擇 File→New Project Wizard，對(duì)話框如下：分別輸入項(xiàng)目的工作路徑、項(xiàng)目名和實(shí)體名，單擊Finish。
2.單擊“File”菜單，選擇New，彈出小對(duì)話框，雙擊“VHDL File“，即選中了文本編輯方式。在出現(xiàn)的“Vhdl1.vhd”文本編輯窗中鍵入VHDL程序，輸入完畢后，選擇File→Save As，即出現(xiàn)“Save As”對(duì)話框。選擇自己建立好的存放本文件的目錄，然后在文件名框中鍵入文件名，按“Save”按鈕。
3.建立工程項(xiàng)目，在保存VHDL文件時(shí)會(huì)彈出是否建立項(xiàng)目的小窗口，點(diǎn)擊“Yes”確定。即出現(xiàn)建立工程項(xiàng)目的導(dǎo)航窗口，點(diǎn)擊“Next”，最后在出現(xiàn)的屏幕中分別鍵入新項(xiàng)目的工作路徑、項(xiàng)目名和實(shí)體名。注意，原理圖輸入設(shè)計(jì)方法中，存盤的原理圖文件名可以是任意的，但VHDL程序文本存盤的文件名必須與文件的實(shí)體名一致，輸入后，單擊“Finish”按鈕。3.3.2工程項(xiàng)目的編譯
單擊工具條上的編譯符號(hào)開始編譯，并隨著進(jìn)度不斷變化屏幕，編譯完成后的屏幕如圖所示：
3.3.3目標(biāo)芯片的選擇
選擇菜單 Assignments 選項(xiàng)的下拉菜單中選擇器件 Device ?，如圖所示： 在彈出的對(duì)話框中的 Family（器件序列欄）對(duì)應(yīng)的序列名，EP1C3 對(duì)應(yīng)的是 Cyclone 系列。在 Available Devices里選擇 EP1C3T144-C8(有時(shí)需要把 Show advanced devices的勾消去，以便顯示出所有速度級(jí)別的器件)。注意：所選器件必須與目標(biāo)板的器件型號(hào)完全一致。
在圖中，單擊“Device and Pin Options?”，在彈出的“Device and Pin Options?”窗口中，單擊“Unused Pins”標(biāo)簽。選擇“As output driving an unspecified signal ”（由于學(xué)習(xí)機(jī)的“FPGA”具有很多功能，為了避免使用引腳對(duì)其它器件造成影響，保證本系統(tǒng)可靠工作，將未使用引腳設(shè)定為輸出不定狀態(tài)）后，單擊確定后，無誤后單擊“OK”。
3.3.4時(shí)序仿真
建立波形文件：選擇 File→New，在New窗中選中“Other File”標(biāo)簽。在出現(xiàn)的屏幕中選擇“Vector Waveform File”項(xiàng)出現(xiàn)一新的屏幕。在出現(xiàn)的新屏幕中，雙擊“Name”下方的空白處，彈出“Insert Nod or Bus”對(duì)話框，單擊該對(duì)話框的“Node Finder??”。在屏幕中的 Filter 中選擇 Pins，單擊“List”。而后，單擊“>>”，所有輸入/輸出都被拷貝到右邊的一側(cè)，這些正是我們希望的各個(gè)引腳，也可以只選其中的的一部分，根據(jù)實(shí)際情況決定。然后單擊屏幕右上腳的 “OK”。在出現(xiàn)的小屏幕上單擊“OK”。
設(shè)定仿真時(shí)間寬度。選擇 Edit → End time?選項(xiàng)，在End time選擇窗中選擇適當(dāng)?shù)姆抡鏁r(shí)間域，以便有足夠長(zhǎng)的觀察時(shí)間。
波形文件存盤。選擇File→Save as 選項(xiàng)，直接存盤即可。運(yùn)行仿真器。在菜單中選擇項(xiàng)，直到出現(xiàn)，仿真結(jié)束。
未曾編輯的仿真波形
仿真波形 3.3.5引腳鎖定
將設(shè)計(jì)編程下載進(jìn)選定的目標(biāo)器件中，如EPF10K10，作進(jìn)一步的硬件測(cè)試，將設(shè)計(jì)的所有輸入輸出引腳分別與目標(biāo)器件的EPF10K10的部分引腳相接，操作如下：
1．選擇 Assignments → Assignments Editor ,即進(jìn)入 Assignments Editor編輯器。在Category 欄選擇 Pin，或直接單擊右上側(cè)的 Pin 按鈕。
2．雙擊 TO 欄的《new》,在出現(xiàn)的的下拉欄中選擇對(duì)應(yīng)的端口信號(hào)名(如 D[0])；然后雙擊對(duì)應(yīng)的欄的《new》,在出現(xiàn)的下拉欄中選擇對(duì)應(yīng)的端口信號(hào)名的期間引腳號(hào)。
3．最后存儲(chǔ)這些引腳鎖定信息后，必須再編譯（啟動(dòng)）一次，才能將引腳鎖定信息編譯進(jìn)編程下載文件中。此后就可以準(zhǔn)備將編譯好的 SOF 文件下載到試驗(yàn)系統(tǒng)的FPGA中去了。
引腳鎖定 3.3.6硬件測(cè)試
1.首先將下載線把計(jì)算機(jī)的打印機(jī)口與目標(biāo)板（如開發(fā)板或?qū)嶒?yàn)板）連接好，打開電源，選擇模式7。
2.打開編輯窗和配置文件。選擇，彈出一個(gè)編輯窗。在Mode欄中選擇JTAG，并在選項(xiàng)下的小方框打勾。注意核對(duì)下載文件路徑與文件名。如果文件沒有出現(xiàn)或者出錯(cuò)，單擊左Add file側(cè)按鈕，手動(dòng)選擇配置文件 clock．sof。
3.最后單擊下載標(biāo)符Start，即進(jìn)入對(duì)目標(biāo)器件 FPGA 的配置下載操作。當(dāng) Progress 顯示100%，以及在底部的處理欄中出現(xiàn) Configuration Succeeded 時(shí)，表示編程成功，如圖所示。注意，如果必要時(shí)，可再次單擊 Start，直至編程成功。
4．下載完成后，通過硬件測(cè)試進(jìn)一步確定設(shè)計(jì)是否達(dá)到所有的技術(shù)指標(biāo)，如未達(dá)到，可逐步檢查，哪部分出現(xiàn)問題。如果是代碼出現(xiàn)問題，須修改代碼；若是時(shí)序波形圖有問題，須重新設(shè)置。
3.3.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)箱使用模式7，鍵8為復(fù)位按鍵，鍵8為1時(shí)正常工作。鍵4設(shè)置小時(shí)，鍵7設(shè)置分鐘。
下載成功后，按下鍵8，及使六個(gè)LED復(fù)位清零，顯示數(shù)秒的自動(dòng)計(jì)時(shí)，可以通過4鍵設(shè)置小時(shí)數(shù)，7鍵設(shè)置分鐘數(shù)。當(dāng)秒數(shù)滿60則進(jìn)一位，分鐘數(shù)滿60進(jìn)一位，當(dāng)顯示為23:59:59時(shí)，秒數(shù)在加一則顯示00:00:00，之后從新計(jì)時(shí)。
四、設(shè)計(jì)總結(jié)
通過這次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步加深了對(duì)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的了解。并進(jìn)一步熟練了對(duì)QuartusII軟件的操作。在編寫程序的過程中，遇到了很多問題，使我發(fā)現(xiàn)自己以前學(xué)習(xí)上存在的不足。通過與同學(xué)探討和請(qǐng)教老師，終于把問題都解決了，并加深了對(duì)數(shù)字時(shí)鐘原理和設(shè)計(jì)思路的了解。
同時(shí)也掌握了做課程設(shè)計(jì)的一般流程，為以后的設(shè)計(jì)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。做課程設(shè)計(jì)時(shí)，先查閱相關(guān)知識(shí)，把原理吃透，確定一個(gè)大的設(shè)計(jì)方向，在按照這個(gè)方向分模塊的把要實(shí)現(xiàn)的功能用流程圖的形式展示。最后參照每個(gè)模塊把輸入和輸出引腳設(shè)定，運(yùn)用我們所學(xué)的VHDL語言進(jìn)行編程。總之，通過這次的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步了解了EDA技術(shù)，收獲很大，對(duì)軟件編程、排錯(cuò)調(diào)試、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。
在此，也感謝康老師的悉心指導(dǎo)，使自己學(xué)到了很多東西！
五、附錄
5.1 VHDL源程序
Alert模塊
LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY alert IS
PORT(clk:IN STD_LOGIC;
dain:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
speak:OUT STD_LOGIC;
lamp:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0));END alert;ARCHITECTURE fun OF alert IS
SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);SIGNAL count1:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);
BEGIN speaker:PROCESS(clk)
BEGIN
--speak<=count1(1);
IF(clk'event and clk='1')THEN
IF(dain=”0000000“)THEN
speak<=count1(1);
IF(count1>=”10“)THEN
count1<=”00“;--count1為三進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器
ELSE
count1<=count1+1;--speak<=count1(0);
END IF;
END IF;
END IF;
END PROCESS speaker;lamper:PROCESS(clk)
BEGIN
IF(rising_edge(clk))THEN
IF(count<=”10“)THEN
IF(count=”00“)THEN
lamp<=”001“;--循環(huán)點(diǎn)亮三只燈
ELSIF(count=”01“)THEN
lamp<=”010“;
ELSIF(count=”10“)THEN
lamp<=”100“;
END IF;
count<=count+1;
ELSE
count<=”00“;
END IF;
END IF;
END PROCESS lamper;END fun;Hour模塊
LIBRARY IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY hour IS
PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC;
daout:out STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0));END ENTITY hour;ARCHITECTURE fun OF hour IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);
BEGIN
daout<=count;
PROCESS(clk,reset)
BEGIN
IF(reset='0')THEN count<=”000000“;--若reset=0，則異步清零
ELSIF(clk'event and clk='1')THEN
--否則，若clk上升沿到
IF(count(3 DOWNTO 0)=”1001“)THEN--若個(gè)位計(jì)時(shí)恰好到”1001“即9
IF(count<16#23#)THEN
--23進(jìn)制
count<=count+7;
--若到23D則
else
count<=”000000“;
--復(fù)0
END IF;
ELSIF(count<16#23#)THEN
--若未到23D，則count進(jìn)1
count<=count+1;
ELSE
--否則清零
count<=”000000“;
END IF;
--END IF（count（3 DOWNTO 0）=”1001“）
END IF;
--END IF（reset='0'）
END PROCESS;END fun;Minute模塊
LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY minute IS
PORT(clk,clk1,reset,sethour:IN STD_LOGIC;
enhour:OUT STD_LOGIC;
daout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));END ENTITY minute;ARCHITECTURE fun OF minute IS SIGNAL count :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SIGNAL enhour_1, enhour_2: STD_LOGIC;--enmin_1為59分時(shí)的進(jìn)位信號(hào) BEGIN
--enmin_2由clk調(diào)制后的手動(dòng)調(diào)時(shí)脈沖信號(hào)串
daout<=count;
enhour_2<=(sethour and clk1);--sethour為手動(dòng)調(diào)時(shí)控制信號(hào)，高電平有效
enhour<=(enhour_1 or enhour_2);PROCESS(clk,reset,sethour)
BEGIN
IF(reset='0')THEN--若reset為0，則異步清零
count<=”0000000“;
ELSIF(clk'event and clk='1')THEN--否則，若clk上升沿到
IF(count(3 DOWNTO 0)=”1001“)THEN--若個(gè)位計(jì)時(shí)恰好到”1001“即9
IF(count <16#60#)THEN--又若count小于16#60#，即60
IF(count=”1011001“)THEN--又若已到59D
enhour_1<='1';--則置進(jìn)位為1
count<=”0000000“;--count復(fù)0
ELSE
count<=count+7;--若count未到59D，則加7，即作”加6校正“
END IF;--使前面的16#60#的個(gè)位轉(zhuǎn)變?yōu)?421BCD的容量
ELSE
count<=”0000000“;--count復(fù)0（有此句，則對(duì)無效狀態(tài)電路可自啟動(dòng)）
END IF;
--END IF（count<16#60#）
ELSIF(count <16#60#)THEN
count<=count+1;--若count<16#60#則count加1
enhour_1<='0' after 100 ns;--沒有發(fā)生進(jìn)位
ELSE
count<=”0000000“;--否則，若count不小于16#60# count復(fù)0
END IF;--END IF（count（3 DOWNTO 0）=”1001“）
END IF;--END IF（reset='0'）
END process;END fun;Second模塊
LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY second IS PORT(clk,reset,setmin:STD_LOGIC;
enmin:OUT STD_LOGIC;
daout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));END ENTITY second;ARCHITECTURE fun OF second IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SIGNAL enmin_1,enmin_2:STD_LOGIC;
--enmin_1為59秒時(shí)的進(jìn)位信號(hào)
BEGIN
--enmin_2由clk調(diào)制后的手動(dòng)調(diào)分脈沖信號(hào)串
daout<=count;
enmin_2<=(setmin and clk);--setmin為手動(dòng)調(diào)分控制信號(hào)，高電平有效
enmin<=(enmin_1 or enmin_2);--enmin為向分進(jìn)位信號(hào)
PROCESS(clk,reset,setmin)
BEGIN
IF(reset='0')THEN count<=”0000000“;--若reset為0，則異步清零
ELSIF(clk 'event and clk='1')then--否則，若clk上升沿到
IF(count(3 downto 0)=”1001“)then
--若個(gè)位計(jì)時(shí)恰好到”1001“即9
IF(count<16#60#)then--又若count小于16#60#,即60H IF(count=”1011001“)then
--又若已到59D
enmin_1<='1';count<=”0000000“;--則置進(jìn)位為1及count復(fù)0
ELSE
--未到59D
count<=count+7;--則加7，而+7=+1+6，即作”加6校正“
END IF;
ELSE
--若count不小于16#60#（即count等于或大于16#60#）
count<=”0000000“;
--count復(fù)0
END IF;
--END IF（count<16#60#）
ELSIF(count<16#60#)then--若個(gè)位計(jì)數(shù)未到”1001“則轉(zhuǎn)此句再判
count<=count+1;
--若count<16#60#則count加1
enmin_1<='0'after 100 ns;--沒有發(fā)生進(jìn)位
ELSE
--否則，若count不小于16#60#
count<=”0000000“;
--則count復(fù)0
END IF;
--END IF（count（3 DOWNTO 0）=”1001"）
END IF;
--END IF（reset='0'）END PROCESS;END fun;5.2配置符號(hào)圖
第四篇：數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)論文
目錄
1.序論?????????????????????????3 2.本論?????????????????????????4 ——設(shè)計(jì)說明????????????????????4 ——電路圖?????????????????????5 ——原理圖?????????????????????5 ——振蕩器?????????????????????6 ——分頻器?????????????????????6 ——計(jì)數(shù)器?????????????????????7 ——譯碼器?????????????????????10 ——校時(shí)??????????????????????11 ——鬧鐘??????????????????????12 ——心得??????????????????????12 3.特別感謝???????????????????????14 序論
一、本課程設(shè)計(jì)的地位和作用
數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié),它使學(xué)生自己通過設(shè)計(jì)和搭建一個(gè)實(shí)用電子產(chǎn)品雛形,鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)中的基本技能,訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時(shí)的動(dòng)手能力。通過該課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合任務(wù)要求的電路,掌握通用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力,同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)。
二、課程設(shè)計(jì)的目的和要求
1.能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。
2.能合理、靈活地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)。
3.培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力。4.培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。5.培養(yǎng)書寫綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。
三、課程設(shè)計(jì)的基本要求
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，從選擇設(shè)計(jì)方案開始，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；選擇合適的器件，畫出設(shè)計(jì)電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能。對(duì)電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗(yàn)收合格后，寫出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告
本論
數(shù)字鐘電路是一塊獨(dú)立構(gòu)成的時(shí)鐘集成電路專用芯片。它集成了計(jì)數(shù)器，比較器，振蕩器，譯碼器和驅(qū)動(dòng)等電路，能直接驅(qū)動(dòng)顯示時(shí)，分，秒，具有定時(shí)，報(bào)警等多種功能，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制，智能化儀表等領(lǐng)域。
一．設(shè)計(jì)說明
該系統(tǒng)工作原理：
振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)。再經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位。分計(jì)數(shù)計(jì)滿60后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位。小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送給顯示器。計(jì)時(shí)器出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校正時(shí)電路進(jìn)行“時(shí)校正”，“分校正”，“秒校正”。該系統(tǒng)還有定時(shí)鬧鐘功能，該擴(kuò)展電路必須在主體電路運(yùn)行正常的情況下才能進(jìn)行擴(kuò)展。
總體設(shè)計(jì)如圖所示：
總體原理圖如下
1.石英晶體振蕩器
晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是頻率準(zhǔn)確 , 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 頻率易調(diào)整。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。
2．分頻器
由于產(chǎn)生的脈沖信號(hào)并不是我們所需要的1hz信號(hào)，所以需要經(jīng)過分頻電路將脈沖信號(hào)分成1HZ的信號(hào)。所以我設(shè)計(jì)了如下的分頻電路：
如圖，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的信號(hào)為8Mh，所以我用一個(gè)七個(gè)90的設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)了這樣的分頻電路，分別是一個(gè)八分頻器和六個(gè)十分頻器，這樣，就能實(shí)現(xiàn)輸出一個(gè)1HZ的信號(hào)了。3.計(jì)數(shù)器
時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)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)器為60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)十位計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器.因?yàn)殡娮隅娪擅搿⒎帧r(shí)組成。分別為 60 進(jìn)制和24 進(jìn)制。采用一片90接成 60 進(jìn)制 ,74LS90的第一組 4位二進(jìn)制接成秒的個(gè)位 , 另一組接成秒的十位 ,“分”也為60 進(jìn)制 ,“時(shí)”為 24 進(jìn)制。這兩種進(jìn)制的次序和二進(jìn)制完全相同 , 只是模數(shù)不是 2 的整冪。當(dāng)秒脈沖輸入時(shí)，電路狀態(tài)按二進(jìn)制自然序列依次遞增1，QA、QB、QC、QD輸出為0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，當(dāng)輸出為1010也就是10采用反饋置零法清零 , 先按二進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)起來構(gòu)成計(jì)數(shù)器 , 當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)達(dá)到所需的脈沖模值后 , 經(jīng)過電路譯碼、反饋、產(chǎn)生復(fù)位脈沖將計(jì)數(shù)器清零 , 然后重新開始進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。
秒位設(shè)計(jì)圖如下
分位同秒
分位的設(shè)計(jì)基本同秒位相同，最關(guān)鍵的是星期的設(shè)計(jì)，如下如
而在星期的設(shè)計(jì)上則不能再使用90的集成塊，我選擇了161的集成塊，使用了集成塊的置數(shù)功能，這樣集成塊在顯示完“7”之后就會(huì)直接被置數(shù)為“1”，就能實(shí)現(xiàn)星期的顯示功能了，設(shè)計(jì)如圖：
這樣就能實(shí)現(xiàn)從秒到星期的全部計(jì)數(shù)功能了。4.譯碼和顯示
譯碼是把給定的代碼進(jìn)行翻譯 , 將時(shí)、分、秒數(shù)器輸出的四位二進(jìn)制代碼翻譯為相應(yīng)的十進(jìn)制 , 并通過LED 顯示器顯示 , 通常LED 顯示器與譯碼器是配套使用的。我們選用的七段譯碼驅(qū)動(dòng)器74LS47或者是CD4511)和數(shù)碼管(LED)是共陽接法。LED顯示的3、8 管腳接一起 , 限流電阻為 200Ω和 + 5V接。實(shí)際使用時(shí) a、b、c、d、e、f、g 各段都應(yīng)接一個(gè)限流電阻 , 在圖中略畫出來。譯碼顯示電如下圖所示
5.校時(shí)電路
前面的電路設(shè)計(jì)的很傳統(tǒng)很簡(jiǎn)單，現(xiàn)在我具體說一下我們?cè)O(shè)計(jì)的校時(shí)電路，首先電路圖如下；
校時(shí)功能說明，正常情況，01控制器打到1，則，高位進(jìn)位正常按照低位的進(jìn)位信號(hào)進(jìn)位不受印象。
校時(shí)，01控制器打到0，則，高位進(jìn)位只按照校時(shí)脈沖變化，不受低位進(jìn)位信號(hào)限制，這樣就能使高位變化到我們想要校對(duì)的時(shí)間的，這是再將01控制器打到1，恢復(fù)正常。
6.鬧鐘電路
鬧鐘電路主要就是講所要報(bào)時(shí)的時(shí)間的信號(hào)輸入到大與非門中，再統(tǒng)一輸入到蜂鳴器上，所要注意的是，小時(shí)的十位，因?yàn)槭辉陲@示“1”和“2”時(shí)都會(huì)輸出“1”信號(hào)，所以這里要格外注意。二．心得體會(huì)
本次課程設(shè)計(jì)好似我目前收獲最大的一次課程設(shè)計(jì)。我是工科專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次課程設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，通過這次對(duì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)作，讓我了解了電路設(shè)計(jì)的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念。可以說，本次課程設(shè)計(jì)有苦也有甜。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分你的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。制作過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來，又要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法，這要求我們靈活處理，要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)，如CP脈沖的供給通斷等。在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在老師的耐心指導(dǎo)下，是整個(gè)電路設(shè)計(jì)完成。在設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會(huì)到要反復(fù)實(shí)踐，其過程相當(dāng)麻煩，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還需要重做，那時(shí)心中未免有些灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心來，查找原因。總體說來，這次課程設(shè)計(jì)我受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需要的功能。課設(shè)培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅。
第五篇：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)
應(yīng)用科技學(xué)院
《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告》
設(shè)計(jì)題目：數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作
專業(yè)班級(jí)：13級(jí)《物聯(lián)網(wǎng)工程》2班 姓名：白雪 王貞 張瑩 學(xué)號(hào)：068 108 131 指導(dǎo)老師：劉燁
時(shí)間：2015年5月15日~ 2015年 5 月30日 地點(diǎn)：四教4414實(shí)驗(yàn)室
海南大學(xué)儋州校區(qū)應(yīng)用科技學(xué)院
摘要：
數(shù)字時(shí)鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)秒﹑分﹑時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站﹑機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘。數(shù)字時(shí)鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。
本課程設(shè)計(jì)要用通過簡(jiǎn)單的邏輯芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。要點(diǎn)在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時(shí)鐘的秒脈沖,用14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4060芯片、7雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518芯片、十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器/7段譯碼器CD4033芯片等連接成60和12進(jìn)制的計(jì)數(shù)器,再通過七段數(shù)碼管顯示，構(gòu)成了簡(jiǎn)單數(shù)字時(shí)鐘。關(guān)鍵詞：數(shù)字時(shí)鐘；555芯片；計(jì)數(shù)器；數(shù)碼管
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1設(shè)計(jì)目的................................................................................................................................4 1.1設(shè)計(jì)指標(biāo).........................................................................................................................4 2課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求............................................................................................................4 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)........................................................................................................................4 2.2 設(shè)計(jì)要求........................................................................................................................4 3系統(tǒng)設(shè)計(jì)................................................................................................................................4 3.1 設(shè)計(jì)思路........................................................................................................................4 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)........................................................................................................................5 3.2.1 原理圖及說明.......................................................................................................5 3.2.2 具體設(shè)計(jì).................................................................................................................6
3.2.2.1.小時(shí)計(jì)時(shí)電路...............................................................................................6 3.2.2.2.分鐘計(jì)時(shí)電路...............................................................................................6 3.2.2.3.秒鐘計(jì)時(shí)電路...............................................................................................6 3.2.2.4.手動(dòng)時(shí)間校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)...........................................................................6 3.2.2.5.光敏電阻的設(shè)計(jì)...........................................................................................6 主要元器件的介紹...............................................................................................................7 4.1 40161------4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（有預(yù)置端，異步清除）.....................................7 4.2 CD40106..........................................................................................................................7 4.3 CD4009............................................................................................................................8 5 電路板的安裝與測(cè)試...........................................................................................................8
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1設(shè)計(jì)目的數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒﹑分﹑時(shí)的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，他具有走時(shí)準(zhǔn)確﹑顯示直觀﹑無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站﹑機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘。
我們此次設(shè)計(jì)數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。
1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)
1.時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期； 2.顯示時(shí)、分、秒； 3.具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；
2課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
1、設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”，“分”，“秒”（11小時(shí)59分59秒）顯示且有校時(shí)功能的數(shù)字時(shí)鐘鐘；
2、用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字時(shí)鐘。
2.2 設(shè)計(jì)要求
1．用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1HZ的時(shí)鐘；（對(duì)已有1kHz頻率時(shí)鐘脈沖進(jìn)行分頻）；
2．能顯示時(shí)、分、秒，12小時(shí)制； 3.設(shè)計(jì)晶體震蕩電路來輸入時(shí)鐘脈沖；
4.用雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518芯片設(shè)計(jì)一個(gè)分秒鐘計(jì)數(shù)器,即六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器.；
5.用十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器/7段譯碼器CD4033芯片設(shè)計(jì)一個(gè)12小時(shí)計(jì)數(shù)器, 6.譯碼顯示電路顯示時(shí)間。
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)思路
數(shù)字電子鐘由信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、LED數(shù)碼管、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。工作原理為時(shí)鐘源用以產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，作為數(shù)字種的時(shí)間基準(zhǔn)，要求震蕩頻率為1HZ，為標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，該計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每 累計(jì)60分，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)12小時(shí)的累計(jì)。LED數(shù)碼管將“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)顯示。校時(shí)電路是來對(duì)“時(shí)、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。
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本設(shè)計(jì)使用芯片數(shù)最少、計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)顯示的節(jié)電工作方式（耗電量?jī)H為靜態(tài)顯示模式的1.8％）、調(diào)試方便、時(shí)間校準(zhǔn)方便。電路中的振蕩器XT為目前多數(shù)石英晶體電子表中使用的頻率為215=32768HZ的石英晶體，經(jīng)IC（2CC4060）組成的14級(jí)2分頻和IC3A（CD4518）組成的一級(jí)2分頻后可得到1HZ的“秒”脈沖信號(hào)。用6個(gè)40161分別控制6個(gè)數(shù)碼管，用邏輯門電路選擇各個(gè)數(shù)碼管的最大數(shù)字，比如說輸出9，就要對(duì)應(yīng)的輸入二進(jìn)制數(shù)1001，輸出3對(duì)應(yīng)0011，1對(duì)應(yīng) 0001。邏輯門電路選擇好最大數(shù)，就接入下一個(gè)40161的 CLK 端，來進(jìn)位。MR端要接入與非門和40106之間，讀取最大數(shù)。我們?cè)O(shè)計(jì)的是實(shí)現(xiàn)0~9,0~5,0~1,0~2的進(jìn)位方式。從秒開始，0~59，分0~59，時(shí)0~11.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1 原理圖及說明
時(shí)LED數(shù)碼管分LED 數(shù)碼管秒LED數(shù)碼管時(shí)計(jì)數(shù)（十二進(jìn)制）分計(jì)數(shù)（六十進(jìn)制）秒計(jì)數(shù)（六十進(jìn)制）時(shí)校準(zhǔn)分校準(zhǔn)晶體振蕩器分頻器（1）電路原理框圖
（2）電路原理圖
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用555電路構(gòu)成的1KHz多諧振蕩器，調(diào)節(jié)電阻R3可以改變輸出信號(hào)頻率。74LS160是二，五，十進(jìn)制同步加法器，用三片74LS90構(gòu)成三級(jí)十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準(zhǔn)秒計(jì)時(shí)信號(hào)。由于74LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分別將個(gè)位接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十位接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分別將個(gè)位的RCO輸出端接十位的9腳端，就構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用兩個(gè)相同的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器分別做作為秒，分計(jì)時(shí)，并在個(gè)位和十位輸出端接上數(shù)碼顯示管顯示小時(shí)計(jì)數(shù)器直接采用整體反饋清零法構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。工作原理：振蕩電路產(chǎn)生的1KHZ脈沖信號(hào)經(jīng)三級(jí)十分頻電路分頻后產(chǎn)生的1HZ脈沖信號(hào)輸入74LS90N連成的60進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器，再由秒計(jì)數(shù)器每60秒進(jìn)位輸出給60進(jìn)制分鐘計(jì)數(shù)器，分鐘計(jì)數(shù)器滿60后產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)輸入給24進(jìn)制小時(shí)計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)12小時(shí)制電子鐘的功能。
3.2.2 具體設(shè)計(jì)
3.2.2.1.小時(shí)計(jì)時(shí)電路
小時(shí)計(jì)時(shí)電路由兩塊4033B和4081芯片7段譯碼器組成12進(jìn)制計(jì)數(shù)電路。該電路譯碼器能識(shí)別數(shù)字00到11的計(jì)數(shù)，當(dāng)接收到從“分”傳來信號(hào)到芯片4033的第1個(gè)管腳時(shí)，使得在小時(shí)的計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行加1，每接收到一次信號(hào)，即進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，計(jì)一次為一小時(shí)，同時(shí)將信號(hào)反饋回“分”，使得將計(jì)數(shù)清零。即可可以將小時(shí)從“00”到“11”后，在繼續(xù)計(jì)時(shí)時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)將會(huì)被置回“00”。使整個(gè)計(jì)數(shù)器在小時(shí)的計(jì)數(shù)模塊成為從“00”到“11”到清零循環(huán)回“00”到“11”這樣的12進(jìn)制的12個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的計(jì)時(shí)方法。3.2.2.2.分鐘計(jì)時(shí)電路
與小時(shí)計(jì)時(shí)模塊相比，分鐘計(jì)時(shí)模塊相對(duì)簡(jiǎn)單些。它的電路原理是由于兩塊4033B芯片組成的60進(jìn)制的分鐘計(jì)數(shù)方式，該譯碼器電路能識(shí)別信號(hào)59，整個(gè)計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)方式是從“00”到“01”“02”.....“59”在到“00”的共60個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的自動(dòng)連續(xù)循環(huán)模式。3.2.2.3.秒鐘計(jì)時(shí)電路
秒鐘的計(jì)數(shù)又有些相同與不同。它同樣是由4033B兩塊芯片進(jìn)行構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)。該譯碼器識(shí)別信號(hào)至59，然后清零循環(huán)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)方式與分鐘計(jì)數(shù)方式一樣。但除了4033B芯片外，外加了4060和4518兩塊芯片。外加了兩塊芯片使得在秒鐘計(jì)數(shù)模塊有了自動(dòng)的計(jì)數(shù)方法。而不是通過外來校準(zhǔn)不停的進(jìn)行調(diào)整計(jì)數(shù)。
3.2.2.4.手動(dòng)時(shí)間校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)
S1和S2分別為“小時(shí)”與“分”的手動(dòng)校準(zhǔn)電路。S1按動(dòng)一次，在小時(shí)計(jì)時(shí)部位計(jì)數(shù)加1，S2按動(dòng)一次，在分鐘計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)數(shù)碼管顯示上顯示加1,。濾波電路C3、R10和C4、R13分別用來吸收S1和S2的動(dòng)作產(chǎn)生的電壓抖動(dòng)。二極管D1、D2分別為“小時(shí)”與“分”校準(zhǔn)電路與相鄰下一級(jí)計(jì)數(shù)器“清零”端R之間的單向隔離文件。R11、R12為手動(dòng)校準(zhǔn)電路的限流范圍。3.2.2.5.光敏電阻的設(shè)計(jì)
光敏電阻R1～R6分別為數(shù)碼管DS1～DS6夜間工作在節(jié)電模式時(shí)的亮度自動(dòng)控制電路。光敏電阻可選用MG41-22或MG45-
12、或5606、6106型（亮電阻≤2KΩ，暗電阻≥900KΩ）。每只數(shù)碼管的公共端第3（8）腳通過一光敏電阻串聯(lián)晶體開關(guān)管9013接地。當(dāng)夜晚室內(nèi)光線較暗時(shí)，數(shù)碼管自動(dòng)降低亮度。數(shù)碼管DS1～DS6采用超高亮度的數(shù)碼管5011型，這種LED數(shù)碼管耗電為普通數(shù)碼管的十分之一，每個(gè)段碼的驅(qū)動(dòng)電流僅為1mA，就可以發(fā)出普通數(shù)碼管20mA
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工作電流時(shí)相同的亮度。當(dāng)其工作電流達(dá)20mA時(shí)，發(fā)出光亮足以保證在室外陽光下正常顯示。該控制電路可使數(shù)碼管顯示的供電電流降低到原來的1/30，即為10～15 mA的水平。開關(guān)管Q1～Q3選用9013（40V、0.5A、0.625W、低頻）可滿足控制兩個(gè)數(shù)碼管陰極電流通斷的要求。本設(shè)計(jì)還充分利用芯片CD4033的“零”數(shù)字消隱功能，即當(dāng)十位上海數(shù)字為零時(shí)，該數(shù)碼管不亮。例如，當(dāng)時(shí)間為9時(shí)8分5秒，不是顯示“09”時(shí)“08”分“05”秒，而是顯示“9”時(shí)“8”分“5”秒，該設(shè)計(jì)方案可使數(shù)碼管顯示的供電電流降低到原來的1.8％，即為5～9 mA的水平，可大大降低電源的能耗。主要元器件的介紹
4.1 40161------4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（有預(yù)置端，異步清除）
40161是4位可編程計(jì)數(shù)器，復(fù)位采用異步方式，當(dāng)CLEAR為低電平時(shí)，使四個(gè)輸出端均置為低電平，而與CLOCK、/LOAD或PE、TE輸入的狀態(tài)無關(guān)，/LOAD為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器無效，使輸出端在下一時(shí)鐘脈沖與設(shè)置的數(shù)據(jù)一致，并與PE、TE輸入端的狀態(tài)無關(guān)。
N位同步級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)器可由超前進(jìn)位電路實(shí)現(xiàn)，不需要外加控制，此功能由兩個(gè)計(jì)數(shù)控制輸入端和進(jìn)位輸出端完成。PE、TE輸入端均為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)有效，當(dāng)計(jì)數(shù)超過“15”時(shí)，進(jìn)位輸出端CARRY OUT(CO)即產(chǎn)生一正向輸出脈沖，其脈沖寬度約等于Q1輸出正向?qū)挾龋苏蛞绯鲞M(jìn)位脈沖可使下一級(jí)聯(lián)電路有效，時(shí)鐘無論為高電平或低電平，均可實(shí)現(xiàn)PE或TE輸出的邏輯轉(zhuǎn)換。
4.2 CD40106 CD40106由六個(gè)施密特觸發(fā)器電路組成。每個(gè)電路均為在兩輸入端具有施密特觸發(fā)器功能的反相器。觸發(fā)器在信號(hào)的上升和下降沿的不同點(diǎn)開、關(guān)。上升電壓(V T+)和下降電壓(V T-)之差定義為滯后電壓。它的2 4 6 8 10 12引腳是數(shù)據(jù)輸出端，1 3 5 9 11 13是數(shù)據(jù)輸入端，14是電源正，7接地。
CD4016引腳圖
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4.3 CD4009 CD4009是十六進(jìn)制的CMOS緩沖器/變換器 電路板的安裝與測(cè)試
為了方便檢測(cè)，電路有6位數(shù)碼管安裝在CD4033的上方，分別顯示出時(shí)“00~11”分“00~59”秒“00~59”的時(shí)鐘顯示。根據(jù)電路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在安裝過程中，基于測(cè)試同時(shí)進(jìn)行。在安裝測(cè)試順序是①1HZ脈沖信號(hào)的產(chǎn)生電路，運(yùn)用邏輯筆測(cè)試芯片IC34的Q0端的“1HZ”的脈沖輸出信號(hào)；②“秒鐘”計(jì)數(shù)/譯碼/顯示電路，顯示0秒鐘~59秒鐘，運(yùn)用邏輯筆測(cè)試芯片IC5A第3期的“滿60秒進(jìn)一”的進(jìn)位脈沖輸出信號(hào)；③“分”鐘計(jì)數(shù)/譯碼/顯示電路，顯示0分鐘~59分鐘，運(yùn)用邏輯筆測(cè)試芯片IC58第四腳的“滿60進(jìn)一”的進(jìn)位脈沖輸出信號(hào)；④“小時(shí)”計(jì)數(shù)/譯碼/顯示電路，顯示0小時(shí)~12小時(shí)，運(yùn)用邏輯筆測(cè)試芯片IC5C第10腳的“清零”脈沖輸出信號(hào)；⑤分別按動(dòng)開關(guān)S1、S2，測(cè)試時(shí)間校準(zhǔn)電路的功能及可靠性；⑥用厚紙片遮蔽敏光電阻的上方，觀測(cè)數(shù)碼管亮度顯示接受控制前后的響應(yīng)情況。6個(gè)單元電路組裝合格后，電路可以顯示12小時(shí)內(nèi)的任一時(shí)間。時(shí)間校準(zhǔn)電路組裝完成后，可以校準(zhǔn)當(dāng)前時(shí)間，并驗(yàn)證一晝夜
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24小時(shí)的計(jì)時(shí)誤差是否在一定范圍內(nèi)；然后在一定電源內(nèi)測(cè)量整機(jī)最大工作電流是否也在一定范圍之間。
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