第一篇：數字時鐘課程設計論文

目錄

1.序論?????????????????????????3 2.本論?????????????????????????4 ——設計說明????????????????????4 ——電路圖?????????????????????5 ——原理圖?????????????????????5 ——振蕩器?????????????????????6 ——分頻器?????????????????????6 ——計數器?????????????????????7 ——譯碼器?????????????????????10 ——校時??????????????????????11 ——鬧鐘??????????????????????12 ——心得??????????????????????12 3.特別感謝???????????????????????14 序論

一、本課程設計的地位和作用

數字電子技術課程設計是電子技術基礎教學中的一個實踐環節,它使學生自己通過設計和搭建一個實用電子產品雛形,鞏固和加深在數字電子技術課程中的理論基礎和實驗中的基本技能,訓練電子產品制作時的動手能力。通過該課程設計，設計出符合任務要求的電路,掌握通用電子電路的一般設計方法和步驟，訓練并提高學生在文獻檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力,同時為畢業設計和畢業以后從事電子技術方面的科研和開發打下一定的基礎。

二、課程設計的目的和要求

1.能夠較全面地鞏固和應用“數字電子技術”課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數字系統設計的基本方法。

2.能合理、靈活地應用各種標準集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實現規定的數字系統。

3.培養獨立思考、獨立準備資料、獨立設計規定功能的數字系統的能力。4.培養獨立進行實驗，包括電路布局、安裝、調試和排除故障的能力。5.培養書寫綜合設計實驗報告的能力。

三、課程設計的基本要求

根據設計任務，從選擇設計方案開始，進行電路設計；選擇合適的器件，畫出設計電路圖；通過安裝、調試，直至實現任務要求的全部功能。對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經驗收合格后，寫出完整的課程設計報告

本論

數字鐘電路是一塊獨立構成的時鐘集成電路專用芯片。它集成了計數器，比較器，振蕩器，譯碼器和驅動等電路，能直接驅動顯示時，分，秒，具有定時，報警等多種功能，被廣泛應用于自動化控制，智能化儀表等領域。

一．設計說明

該系統工作原理：

振蕩器產生穩定的高頻脈沖信號，作為數字鐘的時間基準。再經過分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數器計滿60后向分計數器進位。分計數計滿60后向時計數器進位。小時計數器按照“24翻1”規律計數。計數器的輸出經譯碼器送給顯示器。計時器出現誤差時可以用校正時電路進行“時校正”，“分校正”，“秒校正”。該系統還有定時鬧鐘功能，該擴展電路必須在主體電路運行正常的情況下才能進行擴展。

總體設計如圖所示：

總體原理圖如下

1.石英晶體振蕩器

晶體振蕩器是構成數字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩定。石英晶體振蕩器的特點是頻率準確 , 電路結構簡單 , 頻率易調整。不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。

2．分頻器

由于產生的脈沖信號并不是我們所需要的1hz信號，所以需要經過分頻電路將脈沖信號分成1HZ的信號。所以我設計了如下的分頻電路：

如圖，因為實驗室的信號為8Mh，所以我用一個七個90的設計圖設計了這樣的分頻電路，分別是一個八分頻器和六個十分頻器，這樣，就能實現輸出一個1HZ的信號了。3.計數器

時間計數電路由秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成,其中秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器為60進制計數器,而根據設計要求,時個位和時十位計數器為12進制計數器.因為電子鐘由秒、分、時組成。分別為 60 進制和24 進制。采用一片90接成 60 進制 ,74LS90的第一組 4位二進制接成秒的個位 , 另一組接成秒的十位 ,“分”也為60 進制 ,“時”為 24 進制。這兩種進制的次序和二進制完全相同 , 只是模數不是 2 的整冪。當秒脈沖輸入時，電路狀態按二進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，當輸出為1010也就是10采用反饋置零法清零 , 先按二進制計數器串聯起來構成計數器 , 當計數狀態達到所需的脈沖模值后 , 經過電路譯碼、反饋、產生復位脈沖將計數器清零 , 然后重新開始進行下一個循環。

秒位設計圖如下

分位同秒

分位的設計基本同秒位相同，最關鍵的是星期的設計，如下如

而在星期的設計上則不能再使用90的集成塊，我選擇了161的集成塊，使用了集成塊的置數功能，這樣集成塊在顯示完“7”之后就會直接被置數為“1”，就能實現星期的顯示功能了，設計如圖：

這樣就能實現從秒到星期的全部計數功能了。4.譯碼和顯示

譯碼是把給定的代碼進行翻譯 , 將時、分、秒數器輸出的四位二進制代碼翻譯為相應的十進制 , 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動器74LS47或者是CD4511)和數碼管(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。實際使用時 a、b、c、d、e、f、g 各段都應接一個限流電阻 , 在圖中略畫出來。譯碼顯示電如下圖所示

5.校時電路

前面的電路設計的很傳統很簡單，現在我具體說一下我們設計的校時電路，首先電路圖如下；

校時功能說明，正常情況，01控制器打到1，則，高位進位正常按照低位的進位信號進位不受印象。

校時，01控制器打到0，則，高位進位只按照校時脈沖變化，不受低位進位信號限制，這樣就能使高位變化到我們想要校對的時間的，這是再將01控制器打到1，恢復正常。

6.鬧鐘電路

鬧鐘電路主要就是講所要報時的時間的信號輸入到大與非門中，再統一輸入到蜂鳴器上，所要注意的是，小時的十位，因為十位在顯示“1”和“2”時都會輸出“1”信號，所以這里要格外注意。二．心得體會

本次課程設計好似我目前收獲最大的一次課程設計。我是工科專業的學生，設計是我們將來必需的技能，這次課程設計恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的機會，通過這次對數字電子鐘的設計作，讓我了解了電路設計的基本步驟，也讓我了解了關于數字鐘的原理與設計理念。可以說，本次課程設計有苦也有甜。設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分你的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調試要一步一步來，又要求我們有一個比較正確的調試方法，這要求我們靈活處理，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現的問題進行分析解決。整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路細節上的設計，如CP脈沖的供給通斷等。在多種方案的選擇中，我們仔細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下，是整個電路設計完成。在設計過程中，我深刻的體會到要反復實踐，其過程相當麻煩，有時花很長時間設計出來的電路還需要重做，那時心中未免有些灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心來，查找原因。總體說來，這次課程設計我受益匪淺，在摸索該如何設計電路使之實現所需要的功能。課設培養了我的設計思維，增加了實際操作能力。在讓我體會到了設計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅。

第二篇：數字時鐘課程設計

數字電子技術課程設計報告

一、設計目的

數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。

因此，我們此次設計與制做數字鐘就是為了了解數字鐘的原理，從而學會制作數字鐘.而且通過數字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規模集成電路的作用及實用方法.且由于數字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法.二、設計要求

（1）設計指標

① 時間以12小時為一個周期； ② 顯示時、分、秒；

③ 具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； ④ 計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時； ⑤ 為了保證計時的穩定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。（2）設計要求

① 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； ② 元器件及參數選擇； ③ 電路仿真與調試；

④ PCB文件生成與打印輸出。

（3）制作要求

自行裝配和調試，并能發現問題和解決問題。

（4）編寫設計報告

寫出設計與制作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。

三、原理框圖

1．數字鐘的構成

數字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由于計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘。

0 / 12

（a）數字鐘組成框圖

2．晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數字鐘的走時準確及穩定。不管是指針式的電子鐘還是數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字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構成的電路，本次設計采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構成一個諧振型網絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構成一個正反饋網絡，實現了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩定和準確。

（b）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）/ 12 3．時間記數電路

一般采用10進制計數器如74HC290、74HC390等來實現時間計數單元的計數功能。本次設計中選擇74HC390。由其內部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計數器，并每一計數器均有一個異步清零端（高電平有效）。

秒個位計數單元為１０進制計數器，無需進制轉換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數單元的ＣＰＡ相連。

秒十位計數單元為６進制計數器，需要進制轉換。將１０進制計數器轉換為６進制計數器的電路連接方法如圖 ２.４所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的ＣＰＡ相連。

十進制-六進制轉換電路

分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的Ｑ３作為向上的進位信號應與分十位計數單元的ＣＰＡ相連，分十位計數單元的Ｑ２作為向上的進位信號應與時個位計數單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數單元電路結構仍與秒或個位計數單元相同，但是要求，整個時計數單元應為１２進制計數器，不是１０的整數倍，因此需將個位和十位計數單元合并為一個整體才能進行１２進制轉換。利用１片７４ＨＣ３９０實現１２進制計數功能的電路如圖（d）所示。

（d）十二進制電路

另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進制計數單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號轉化為１ＨZ信號之用。

4．譯碼驅動及顯示單元電路

選擇ＣＤ４５１１作為顯示譯碼電路；選擇ＬＥＤ數碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數字，再由數碼管顯示出來。這里的LED數碼管是采用共陰的方法連接的。

計數器實現了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由451/ 12 芯片把BCD碼轉變為十進制數碼送到數碼管中顯示出來。

5．校時電路

數字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態；當開關打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態。

實際使用時，因為電路開關存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發器構成開關消抖動電路，所以整個較時電路就如圖（f）。

（f）帶有消抖電路的校正電路

6．整點報時電路

電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。

當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數器十位的QＣ和QＡ相與，從而產生報時控制信號。

報時電路可選74HC30來構成。74HC30為8輸入與非門。/ 12 說明：當時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數器十位的QC和QA相與，從而產生報時控制信號。IO1分計數器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計數器個位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計數器十位的QC和QAIO674HC30D數字鐘設計－整點報時電路部分

四、元器件

1．四連面包板1塊（編號A45）2．鑷子1把 3．剪刀1把

4．共陰八段數碼管6個 5．網絡線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 13．500Ω電阻14個 14．30p電容2個

15．32.768k時鐘晶體1個 16．蜂鳴器10個（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：

1． 面包板旁一般附有香蕉插座，用來輸入電壓、信號及接地。2． 上圖中連著的黑線表示插孔是相通的。

3． 拉線時，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，有時插孔間連接銅線會發生脫落現象，此時要將此排插孔做記號。并不再使用。

五、各功能塊電路圖

數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，可以由許多中小規模集成電路組成，所以可以分成許多獨立的電路。

（一）六進制電路

由74HC390、7400、數碼管與4511組成，電路如圖一。

U1A3123U2A12Com74HC00D74HC00DU5SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGU3AV1 32Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U413DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC390D43~ELOF~BI~LTOGVCC5V4511BD將十進制計數器轉換為六進制的連接方法

（二）十進制電路

由74HC390、7400、數碼管與4511組成，電路如圖二。/ 12 U4A3126U4B4574HC00D74HC00DComU3SEVEN_SEG_COM_KU1AV1 60Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U213DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514ABCDEFGVCC5V74HC390D43~ELOF~BIOG~LT4511BD十進制接法測試仿真電路

（三）六十進制電路

由兩個數碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400芯片組成，電路如圖三。

（四）雙六十進制電路

由2個六十進制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產生進位，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）時間計數電路

由1個十二進制電路、2個六十進制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進制電路相連即可，詳細電路見圖五。

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，分，秒計時電路圖

（六）校正電路

由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分，電路如圖六。/ 12

142CLRU13AU16B1QA1QC1QDU24DU22BU14AU17BU20DU15AU18B74HC390N43~BI~LT4511BDOGU7U8OFU10VCC4511BDOGU9U114511BDOFU124511BD1010921921254***254IO1VCC正常輸入信號5V校正信號IO2R1U2C9108小時校正電路J110Mohm74HC00D注意：分校時時，不會進位到小時。U11111213910U2DKey = A12R210MohmIO313U2A8123時計數器IO574HC00D1123674HC00D正常輸入信號校正信號IO4R3U3A10Mohm12U2B456分計數器IO64574HC00D74HC51D3J274HC00DKey = B分鐘校正電路分校正時鎖定小時信號輸入R410MohmU3B456圖中采用基本RS觸發器構成開關消抖動電路，其中與非門選用74HC00；對J1和J2，因為校正信號與0相與為0，而開關的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態，當開關打向上時，情況正好與上述相反，這時電路處于校時狀態。74HC00D數字鐘設計－校時電路部分

（七）晶體振蕩電路

由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖七。

（八）整點報時電路

由74HC30D和蜂鳴器組成，當時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖八。/ 12 說明：當時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數器十位的QC和QA相與，從而產生報時控制信號。IO1分計數器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計數器個位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計數器十位的QC和QAIO674HC30D數字鐘設計－整點報時電路部分

六、總接線元件布局簡圖

整個數字鐘由時間計數電路、晶體振蕩電路、校正電路、整點報時電路組成。

其中以校正電路代替時間計數電路中的時、分、秒之間的進位，當校時電路處于正常輸入信號時，時間計數電路正常計時，但當分校正時，其不會產生向時進位，而分與時的校位是分開的，而校正電路也是一個獨立的電路。

電路的信號輸入由晶振電路產生，并輸入各電路。簡圖如圖九。

七、芯片連接總圖

因仿真與實際元件上的差異，所以在原有的簡圖的基礎上，又按實際布局畫了這張按實際芯片布局的接線圖，如圖十。

八、總結

1． 實驗過程中遇到的問題及解決方法

① 面包板測試

測試面包板各觸點是否接通。

② 七段顯示器與七段譯碼器的測量 / 12 把顯示器與CD4511相連，第一次接時，數碼管完全沒有顯示數字，檢查后發現是數碼管未接地而造成的，接地后發現還是無法正確顯示數字，用萬用表檢測后，發現是因芯片引腳有些接觸不良而造成的，所以確認芯片是否接觸良好是非常重要的一件事。

③ 時間計數電路的連接與測試

六進制、十進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。但在六十進制時，按圖接線后發現，顯示器上的數字總是100進制的，而不是六十進制，檢測后發現無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后，在重對連線時發現是線路接錯引腳造成的，改過之后，顯示就正常了。

④ 校正電路

因上面程因引腳接錯而造成錯誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的，在測試時，開始進行時校時時，沒有出現問題，但當進行到分校時時，發現計數電路的秒電路開始亂跳出錯。因此，電路一定是有地方出錯了，在反復對照后，發現是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時一定要注意把不要的多余的線拿掉。

2． 設計體會

通過這次對數字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數字鐘的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實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，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。

3． 對設計的建議

我希望老師在我們動手制作之前應先告訴我們一些關于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進一步的進入狀況，完成設計 / 12

第三篇：EDA課程設計 數字時鐘

EDA

課程設計報告

一·設計任務

使用硬件描述語言，在CPLD/FPGA上實現一個多功能數字鐘。

二·設計要求

除按鍵、LED、揚聲器、時鐘信號外，整個數字鐘的功能要求在一塊芯片上實現。

a)具有時，分，秒，計數顯示功能，以24小時循環計時； b)具有時間清零功能；

c)具有小時、分鐘和秒鐘調整功能（個位和十位分開調或合起來調）。

d)具有鬧鐘功能，能預設鬧鐘時間，精確到秒。

整個數字鐘只設一個時鐘輸入端口，所需不同頻率信

號在內部分頻實現。（LED掃描頻率設為50Hz以上）。

三·設計方案

設計采用模塊方式，分別為分頻模塊：產生1Hz的脈沖作為秒的輸入，和產生1kHz的脈沖作為數碼管顯示的動態掃描。計時模塊：秒模塊，分模塊，時模塊。鬧鐘模塊，顯示模塊，控制模塊。

四·模塊端口設置

1.分頻模塊

輸入：clkin :

本實驗輸入為50MHz晶振

輸出：clk : 為顯示模塊及始終調節提供1KHz脈沖

clkt: 為計數器模塊提供1Hz脈沖

2.計時模塊

m 是模式按鍵，當m=0 時，進入計時模式，在計時模式下可以進行時間調整。num3，num4 產生加速調整時間，當其值為1 時，可以快速調整時間，該調整時間的頻率由clk 提

供。counta，count1 是手動調節時間。Turn 接按鍵，可以改變當前調節的是小時還是分鐘，長按turn 鍵還可以使秒鐘信號清零。sec1,min1,hour1 輸出的是計時的秒，分，時。

3.鬧鐘模塊

原理：num1，num2 產生加速調整時間，當其值為1 時，可以快速調整時間，該調整時間的

頻率由clk 提供。countb，count2 是手動調節鬧鐘時間。amin,ahour 是輸出的鬧鐘的分鐘和 小時 4.控制模塊

m 是模式按鍵，當m=0 時，指當前輸出的是計時功能；當m=1 時，指當前調整的是

鬧鐘時間；當m=2 時，指當前調整的是計時時間；當m=3 時，此時turn 按鍵可用于跑表的

暫停與開始。change 接按鍵，手動調整時，每按一次，計數器加1；如果長按，則連續快

速加1，用于快速調時和定時；turn 接按鍵，在手動校時功能時，選擇是調整小時，還是分

鐘；若長時間按住該鍵，還可使秒信號清零，用于精確調時。count1,count2,counta,countb 分

別是用來調節計時時間和鬧鐘時間。LD_min,LD_hour,指示當前調節的是分鐘還是小時。5 顯示模塊

輸入：clk--1kHz時鐘，提供高頻掃描

in0、in1…in5--分別為時、分、秒的個位與十位信號

輸出：a、b…g--數碼管輸入

d0、d1…d5--數碼管選通

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

計時模塊 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 信號控制系統在三種功能間轉換 begin if(m==4)m<=0;else m<=m+1;end /////秒鐘計時模塊////// always @(posedge clkt)

if((sec1==8'h59)|turn&(!m))///////若長時間按住該鍵，還可使秒信號清零，用于精確調時。begin sec1<=0;//按住“turn”按鍵一段時間，秒信號可清零，該功能用于手動精確調時

if(!(turn&(!m)))minclk<=1;///產生進位 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 ////////分鐘計時模?/// assign m_clk=minclk||count1;/////m_clk 產生進位或校正改變 assign ct1=(num3&clk)|(!num3&m_clk);//ct1 用于計時、校時中的分鐘計數

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 ////////小時計時模塊/// assign h_clk=hclk||counta;//////h_clk 產生進位或校正改變 assign cta=(num4&clk)|(!num4&h_clk);//cta 用于計時、校時中的小時計數

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 用于定時狀態下調整分鐘信號

assign LD_alert=(ahour|amin)?1:0;//指示是否進行了鬧鈴定時 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 用于定時狀態調節小時信號 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 信號控制系統在三種功能間轉換 begin if(m==4)m<=0;else m<=m+1;end always @(posedge turn)//////////接按鍵，在手動校時功能時，選擇是調整小時，還是分鐘； begin fm<=~fm;end

always @(m or fm or change)begin case(m)2: begin ////////2：調節時間功能； if(fm)begin count1<=change;{LD_min,LD_hour}<=2;end//////指示當前調整的是分鐘

Else

begin counta<=change;{LD_min,LD_hour}<=1;end/////指示當前調整的是小時 {count2,countb}<=0;end 1: begin //////1：調節鬧鐘功能 if(fm)begin count2<=change;{LD_min,LD_hour}<=2;end/////指示當前調整的是分 else begin countb<=change;{LD_min,LD_hour}<=1;end/////指示當前調整的是小時 {count1,counta}<=0;end

0: begin {count1,count2,counta,countb,LD_min,LD_hour}<=0;end ////0：計時功能 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 信號控制系統在三種功能間轉換

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

實驗分析 七

實驗總結

八、參考資料

1、《EDA技術實用教程》

2、實驗箱使用說明；

第四篇：EDA課程設計——數字時鐘

Hefei University

EDA課程綜述

論文題目： EDA課程綜述

專 業： 09通信(2)班

姓 名： 唐吉祥

學 號： 0905072035 指導老師： 查長軍

前

言

隨著基于PLD的EDA技術的發展和應用領域的擴大和深入，EDA技術在電子信息、通信、自動控制及計算機應用領域的重要性日益提高。

作為現在的大學生應熟練掌握這門技術，為以后的發展打下良好的基礎，本實驗設計是應用QuartusII環境及VHDL語言設計一個時間可調的數字時鐘。使自己熟練使用QuartusII環境來進行設計，掌握VHDL語言的設計方法。要注重理論與實踐之間的不同，培養自己的實踐能力！

目錄

一、課程設計任務及要求............................................................................................3

1.1實驗目的..........................................................................................................3 1.2功能設計..........................................................................................................3

二、整體設計思想........................................................................................................3

2.1性能指標及功能設計......................................................................................3 2.2總體方框圖......................................................................................................4

三、詳細設計................................................................................................................4

3.1數字鐘的基本工作原理：..............................................................................4

3.1.1時基T 產生電路..................................................................................4 3.1.2調時、調分信號的產生......................................................................4 3.1.3計數顯示電路.......................................................................................5 3.2設計思路..........................................................................................................5 3.3設計步驟..........................................................................................................6

3.3.1工程建立及存盤...................................................................................6 3.3.2工程項目的編譯...................................................................................7 3.3.3目標芯片的選擇...................................................................................7 3.3.4時序仿真...............................................................................................8 3.3.5引腳鎖定.............................................................................................10 3.3.6硬件測試.............................................................................................11 3.3.7實驗結果.............................................................................................11

四、設計總結..............................................................................................................12

五、附錄......................................................................................................................12

5.1 VHDL源程序..................................................................................................12 5.2配置符號圖....................................................................................................17

一、課程設計任務及要求

1.1實驗目的

1）掌握VHDL語言的基本運用

2）掌握QuartusII的簡單操作并會使用EDA實驗箱 3）掌握一個基本EDA課程設計的操作

1.2功能設計

1）有時、分、秒計數顯示功能,小時為24進制,分鐘和秒為60進制以24小時循環計時

2）設置復位、清零等功能

3）有校時功能,可以分別對時及分進行單獨校時,使其校正到標準時間 4）時鐘計數顯示時有LED燈顯示

二、整體設計思想

2.1性能指標及功能設計

1）時、分、秒計時器

時計時器為一個24進制計數器，分、秒計時器均為60進制計數器。當秒計時器接受到一個秒脈沖時，秒計數器開始從1計數到60，此時秒顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當秒計數器數到00時，就會產生一個脈沖輸出送至分計時器，此時分計數器數值在原有基礎上加1，其顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當分計數器數到00時，就會產生一個脈沖輸出送至時計時器，此時時計數器數值在原有基礎上加1，其顯示器將顯示00、01、02、...、23、00。即當數字鐘運行到23點59分59秒時，當秒計時器在接受一個秒脈沖，數字鐘將自動顯示00點00分00秒。2）校時電路

當開關撥至校時檔時，電子鐘秒計時工作，通過時、分校時開關分別對時、分進行校對，開關每按1次，與開關對應的時或分計數器加1，當調至需要的時與分時，撥動reset開關，電子鐘從設置的時間開始往后計時。2.2總體方框圖

三、詳細設計

3.1數字鐘的基本工作原理：

3.1.1時基T 產生電路

數字鐘以其顯示時間的直觀性、走時準確性作為一種計時工具，數字鐘的基本組成部分離不開計數器，在控制邏輯電路的控制下完成預定的各項功能。

由晶振產生的頻率非常穩定的脈沖，經整形、穩定電路后，產生一個頻率為1Hz的、非常穩定的計數時鐘脈沖。

3.1.2調時、調分信號的產生

由計數器的計數過程可知，正常計數時，當秒計數器（60進制）計數到59 時，再來一個脈沖，則秒計數器清零，重新開始新一輪的計數，而進位則作為分計數器的計數脈沖，使分計數器計數加1?，F在我們把電路稍做變動：把秒計數器的進位脈沖和一個頻率為2Hz的脈沖信號同時接到一個2選1數據選擇器的兩個數據輸入端，而位選信號則接一個脈沖按鍵開關，當按鍵開關不按下去時（即為0），則數據選擇器將秒計數器的進位脈沖送到分計數器，此時，數字鐘正常工作；當按鍵開關按下去時（即為1），則數據選擇器將另外一個2Hz 的信號作為分計數 器的計數脈沖，使其計數頻率加快，當達到正確時間時，松開按鍵開關，從而達到調時的目的。調節小時的時間也一樣的實現。

3.1.3計數顯示電路

由計數部分、數據選擇器、譯碼器組成，是時鐘的關鍵部分。

1、計數部分：由兩個60進制計數器和一個24 進制計數器組成，其中60 進制計數器可用6 進制計數器和10 進制計數器構成；24 進制的小時計數同樣可用6 進制計數器和10 進制計數器得到：當計數器計數到24 時，“2”和“4”同時進行清零，則可實現24 進制計數。

2、數據選擇器：84 輸入14 輸出的多路數據選擇器，因為本實驗用到了8個數碼管（有兩個用來產生隔離符號‘—’）。

3、譯碼器：七段譯碼器。譯碼器必須能譯出‘—’，由實驗二中譯碼器真值表可得：字母F 的8421BCD 碼為“1111”，譯碼后為“1000111”，現在如果只譯出‘—’，即字母F的中間一橫，則譯碼后應為“0000001”，這樣，在數碼管上顯示的就為‘—’。

3.2設計思路

根據系統設計要求,系統設計采用自頂向下設計方法,由時鐘分頻部分、計時部分、按鍵部分調時部分和顯示部分五個部分組成。這些模塊都放在一個頂層文件中。

1）時鐘計數：

首先下載程序進行復位清零操作,電子鐘從00：00：00計時開始。sethour可以調整時鐘的小時部分, setmin可以調整分鐘,步進為1。

由于電子鐘的最小計時單位是1s,因此提供給系統的內部的時鐘頻率應該大于1Hz,這里取100Hz。CLK端連接外部10Hz的時鐘輸入信號clk。對clk進行計數,當clk=10時,秒加1,當秒加到60時,分加1；當分加到60時,時加1；當時加到24時,全部清0,從新計時。

用6位數碼管分別顯示“時”、“分”、“秒”,通過OUTPUT(6 DOWNTO 0)上的信號來點亮指定的LED七段顯示數碼管。

2）時間設置：

手動調節分鐘、小時，可以對所設計的時鐘任意調時間，這樣使數字鐘真正具有使用功能。我們可以通過實驗板上的鍵7和鍵4進行任意的調整，因為我們用的時鐘信號均是1HZ的，所以每LED燈變化一次就來一個脈沖，即計數一次。3）清零功能： reset為復位鍵，低電平時實現清零功能，高電平時正常計數?？梢愿鶕覀冏约喝我鈺r間的復位。

3.3設計步驟

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，對話框如下：分別輸入項目的工作路徑、項目名和實體名，單擊Finish。

2.單擊“File”菜單，選擇New，彈出小對話框，雙擊“VHDL File“，即選中了文本編輯方式。在出現的“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“Save As”對話框。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.建立工程項目，在保存VHDL文件時會彈出是否建立項目的小窗口，點擊“Yes”確定。即出現建立工程項目的導航窗口，點擊“Next”，最后在出現的屏幕中分別鍵入新項目的工作路徑、項目名和實體名。注意，原理圖輸入設計方法中，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體名一致，輸入后，單擊“Finish”按鈕。3.3.2工程項目的編譯

單擊工具條上的編譯符號開始編譯，并隨著進度不斷變化屏幕，編譯完成后的屏幕如圖所示：

3.3.3目標芯片的選擇

選擇菜單 Assignments 選項的下拉菜單中選擇器件 Device ?，如圖所示： 在彈出的對話框中的 Family（器件序列欄）對應的序列名，EP1C3 對應的是 Cyclone 系列。在 Available Devices里選擇 EP1C3T144-C8(有時需要把 Show advanced devices的勾消去，以便顯示出所有速度級別的器件)。注意：所選器件必須與目標板的器件型號完全一致。

在圖中，單擊“Device and Pin Options?”，在彈出的“Device and Pin Options?”窗口中，單擊“Unused Pins”標簽。選擇“As output driving an unspecified signal ”（由于學習機的“FPGA”具有很多功能，為了避免使用引腳對其它器件造成影響，保證本系統可靠工作，將未使用引腳設定為輸出不定狀態）后，單擊確定后，無誤后單擊“OK”。

3.3.4時序仿真

建立波形文件：選擇 File→New，在New窗中選中“Other File”標簽。在出現的屏幕中選擇“Vector Waveform File”項出現一新的屏幕。在出現的新屏幕中，雙擊“Name”下方的空白處，彈出“Insert Nod or Bus”對話框，單擊該對話框的“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，這些正是我們希望的各個引腳，也可以只選其中的的一部分，根據實際情況決定。然后單擊屏幕右上腳的 “OK”。在出現的小屏幕上單擊“OK”。

設定仿真時間寬度。選擇 Edit → End time?選項，在End time選擇窗中選擇適當的仿真時間域，以便有足夠長的觀察時間。

波形文件存盤。選擇File→Save as 選項，直接存盤即可。運行仿真器。在菜單中選擇項，直到出現，仿真結束。

未曾編輯的仿真波形

仿真波形 3.3.5引腳鎖定

將設計編程下載進選定的目標器件中，如EPF10K10，作進一步的硬件測試，將設計的所有輸入輸出引腳分別與目標器件的EPF10K10的部分引腳相接，操作如下：

1．選擇 Assignments → Assignments Editor ,即進入 Assignments Editor編輯器。在Category 欄選擇 Pin，或直接單擊右上側的 Pin 按鈕。

2．雙擊 TO 欄的《new》,在出現的的下拉欄中選擇對應的端口信號名(如 D[0])；然后雙擊對應的欄的《new》,在出現的下拉欄中選擇對應的端口信號名的期間引腳號。

3．最后存儲這些引腳鎖定信息后，必須再編譯（啟動）一次，才能將引腳鎖定信息編譯進編程下載文件中。此后就可以準備將編譯好的 SOF 文件下載到試驗系統的FPGA中去了。

引腳鎖定 3.3.6硬件測試

1.首先將下載線把計算機的打印機口與目標板（如開發板或實驗板）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，彈出一個編輯窗。在Mode欄中選擇JTAG，并在選項下的小方框打勾。注意核對下載文件路徑與文件名。如果文件沒有出現或者出錯，單擊左Add file側按鈕，手動選擇配置文件 clock．sof。

3.最后單擊下載標符Start，即進入對目標器件 FPGA 的配置下載操作。當 Progress 顯示100%，以及在底部的處理欄中出現 Configuration Succeeded 時，表示編程成功，如圖所示。注意，如果必要時，可再次單擊 Start，直至編程成功。

4．下載完成后，通過硬件測試進一步確定設計是否達到所有的技術指標，如未達到，可逐步檢查，哪部分出現問題。如果是代碼出現問題，須修改代碼；若是時序波形圖有問題，須重新設置。

3.3.7實驗結果

實驗箱使用模式7，鍵8為復位按鍵，鍵8為1時正常工作。鍵4設置小時，鍵7設置分鐘。

下載成功后，按下鍵8，及使六個LED復位清零，顯示數秒的自動計時，可以通過4鍵設置小時數，7鍵設置分鐘數。當秒數滿60則進一位，分鐘數滿60進一位，當顯示為23:59:59時，秒數在加一則顯示00:00:00，之后從新計時。

四、設計總結

通過這次課程設計，我進一步加深了對電子設計自動化的了解。并進一步熟練了對QuartusII軟件的操作。在編寫程序的過程中，遇到了很多問題，使我發現自己以前學習上存在的不足。通過與同學探討和請教老師，終于把問題都解決了，并加深了對數字時鐘原理和設計思路的了解。

同時也掌握了做課程設計的一般流程，為以后的設計積累了一定的經驗。做課程設計時，先查閱相關知識，把原理吃透，確定一個大的設計方向，在按照這個方向分模塊的把要實現的功能用流程圖的形式展示。最后參照每個模塊把輸入和輸出引腳設定，運用我們所學的VHDL語言進行編程?？傊ㄟ^這次的設計，進一步了解了EDA技術，收獲很大，對軟件編程、排錯調試、相關儀器設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，使自己學到了很多東西！

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為三進制加法計數器

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“;--循環點亮三只燈

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--若個位計時恰好到”1001“即9

IF(count<16#23#)THEN

--23進制

count<=count+7;

--若到23D則

else

count<=”000000“;

--復0

END IF;

ELSIF(count<16#23#)THEN

--若未到23D，則count進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分時的進位信號 BEGIN

--enmin_2由clk調制后的手動調時脈沖信號串

daout<=count;

enhour_2<=(sethour and clk1);--sethour為手動調時控制信號，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--若個位計時恰好到”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';--則置進位為1

count<=”0000000“;--count復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#的個位轉變為8421BCD的容量

ELSE

count<=”0000000“;--count復0（有此句，則對無效狀態電路可自啟動）

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;--沒有發生進位

ELSE

count<=”0000000“;--否則，若count不小于16#60# count復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秒時的進位信號

BEGIN

--enmin_2由clk調制后的手動調分脈沖信號串

daout<=count;

enmin_2<=(setmin and clk);--setmin為手動調分控制信號，高電平有效

enmin<=(enmin_1 or enmin_2);--enmin為向分進位信號

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

--若個位計時恰好到”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“;--則置進位為1及count復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0

END IF;

--END IF（count<16#60#）

ELSIF(count<16#60#)then--若個位計數未到”1001“則轉此句再判

count<=count+1;

--若count<16#60#則count加1

enmin_1<='0'after 100 ns;--沒有發生進位

ELSE

--否則，若count不小于16#60#

count<=”0000000“;

--則count復0

END IF;

--END IF（count（3 DOWNTO 0）=”1001"）

END IF;

--END IF（reset='0'）END PROCESS;END fun;5.2配置符號圖

第五篇：數字電路課程設計數字時鐘實現

應用科技學院

《電子技術課程設計報告》

設計題目：數字鐘的設計與制作

專業班級：13級《物聯網工程》2班 姓名：白雪 王貞 張瑩 學號：068 108 131 指導老師：劉燁

時間：2015年5月15日~ 2015年 5 月30日 地點：四教4414實驗室

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摘要：

數字時鐘是一種用數字電路技術實現秒﹑分﹑時的計時裝置，與傳統的機械鐘相比，它具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因而得到了廣泛的應用。小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站﹑機場等公共場所的大型數顯電子鐘。數字時鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。

本課程設計要用通過簡單的邏輯芯片實現數字時鐘。要點在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時鐘的秒脈沖,用14位二進制計數器CC4060芯片、7雙BCD同步加計數器CD4518芯片、十進制加計數器/7段譯碼器CD4033芯片等連接成60和12進制的計數器,再通過七段數碼管顯示，構成了簡單數字時鐘。關鍵詞：數字時鐘；555芯片；計數器；數碼管

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1設計目的................................................................................................................................4 1.1設計指標.........................................................................................................................4 2課程設計任務及要求............................................................................................................4 2.1 設計任務........................................................................................................................4 2.2 設計要求........................................................................................................................4 3系統設計................................................................................................................................4 3.1 設計思路........................................................................................................................4 3.2 系統設計........................................................................................................................5 3.2.1 原理圖及說明.......................................................................................................5 3.2.2 具體設計.................................................................................................................6

3.2.2.1.小時計時電路...............................................................................................6 3.2.2.2.分鐘計時電路...............................................................................................6 3.2.2.3.秒鐘計時電路...............................................................................................6 3.2.2.4.手動時間校準電路的設計...........................................................................6 3.2.2.5.光敏電阻的設計...........................................................................................6 主要元器件的介紹...............................................................................................................7 4.1 40161------4位二進制同步計數器（有預置端，異步清除）.....................................7 4.2 CD40106..........................................................................................................................7 4.3 CD4009............................................................................................................................8 5 電路板的安裝與測試...........................................................................................................8

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1設計目的數字電子鐘是一種用數字顯示秒﹑分﹑時的記時裝置，與傳統的機械鐘相比，他具有走時準確﹑顯示直觀﹑無機械傳動裝置等優點，因而得到了廣泛的應用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站﹑機場等公共場所的大型數顯電子鐘。

我們此次設計數字鐘就是為了了解數字鐘的原理，從而學會制作數字鐘。而且通過數字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規模集成電路的作用及實用方法。且由于數字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路。通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。

1.1設計指標

1.時間以12小時為一個周期； 2.顯示時、分、秒； 3.具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；

2課程設計任務及要求

2.1 設計任務

1、設計一個有“時”，“分”，“秒”（11小時59分59秒）顯示且有校時功能的數字時鐘鐘；

2、用中小規模集成電路組成數字時鐘。

2.2 設計要求

1．用555定時器設計一個秒鐘脈沖發生器，輸入1HZ的時鐘；（對已有1kHz頻率時鐘脈沖進行分頻）；

2．能顯示時、分、秒，12小時制； 3.設計晶體震蕩電路來輸入時鐘脈沖；

4.用雙BCD同步加計數器CD4518芯片設計一個分秒鐘計數器,即六十進制計數器.；

5.用十進制加計數器/7段譯碼器CD4033芯片設計一個12小時計數器, 6.譯碼顯示電路顯示時間。

3系統設計

3.1 設計思路

數字電子鐘由信號發生器、“時、分、秒”計數器、LED數碼管、校時電路、整點報時電路等組成。工作原理為時鐘源用以產生穩定的脈沖信號，作為數字種的時間基準，要求震蕩頻率為1HZ，為標準秒脈沖。將標準秒脈沖信號送入“秒計數器”，該計數器采用60進制計數器，每累計60秒發出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌币膊捎?0進制計數器，每 累計60分，發出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”?！皶r計數器”采用12進制計數器，可以實現12小時的累計。LED數碼管將“時、分、秒”計數器的輸出狀態顯示。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數字進行校對調整。

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本設計使用芯片數最少、計時準確、動態顯示的節電工作方式（耗電量僅為靜態顯示模式的1.8％）、調試方便、時間校準方便。電路中的振蕩器XT為目前多數石英晶體電子表中使用的頻率為215=32768HZ的石英晶體，經IC（2CC4060）組成的14級2分頻和IC3A（CD4518）組成的一級2分頻后可得到1HZ的“秒”脈沖信號。用6個40161分別控制6個數碼管，用邏輯門電路選擇各個數碼管的最大數字，比如說輸出9，就要對應的輸入二進制數1001，輸出3對應0011，1對應 0001。邏輯門電路選擇好最大數，就接入下一個40161的 CLK 端，來進位。MR端要接入與非門和40106之間，讀取最大數。我們設計的是實現0~9,0~5,0~1,0~2的進位方式。從秒開始，0~59，分0~59，時0~11.3.2 系統設計

3.2.1 原理圖及說明

時LED數碼管分LED 數碼管秒LED數碼管時計數（十二進制）分計數（六十進制）秒計數（六十進制）時校準分校準晶體振蕩器分頻器（1）電路原理框圖

（2）電路原理圖

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用555電路構成的1KHz多諧振蕩器，調節電阻R3可以改變輸出信號頻率。74LS160是二，五，十進制同步加法器，用三片74LS90構成三級十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準秒計時信號。由于74LS160是十進制計數器，分別將個位接成十進制計數器，十位接成六進制計數器，分別將個位的RCO輸出端接十位的9腳端，就構成60進制計數器，用兩個相同的60進制計數器分別做作為秒，分計時，并在個位和十位輸出端接上數碼顯示管顯示小時計數器直接采用整體反饋清零法構成24進制計數器。工作原理：振蕩電路產生的1KHZ脈沖信號經三級十分頻電路分頻后產生的1HZ脈沖信號輸入74LS90N連成的60進制秒計數器，再由秒計數器每60秒進位輸出給60進制分鐘計數器，分鐘計數器滿60后產生進位信號輸入給24進制小時計數器，從而實現12小時制電子鐘的功能。

3.2.2 具體設計

3.2.2.1.小時計時電路

小時計時電路由兩塊4033B和4081芯片7段譯碼器組成12進制計數電路。該電路譯碼器能識別數字00到11的計數，當接收到從“分”傳來信號到芯片4033的第1個管腳時，使得在小時的計數模塊進行加1，每接收到一次信號，即進行一次計數，計一次為一小時，同時將信號反饋回“分”，使得將計數清零。即可可以將小時從“00”到“11”后，在繼續計時時，計數器計數將會被置回“00”。使整個計數器在小時的計數模塊成為從“00”到“11”到清零循環回“00”到“11”這樣的12進制的12個穩定狀態的計時方法。3.2.2.2.分鐘計時電路

與小時計時模塊相比，分鐘計時模塊相對簡單些。它的電路原理是由于兩塊4033B芯片組成的60進制的分鐘計數方式，該譯碼器電路能識別信號59，整個計數計時方式是從“00”到“01”“02”.....“59”在到“00”的共60個穩定狀態的自動連續循環模式。3.2.2.3.秒鐘計時電路

秒鐘的計數又有些相同與不同。它同樣是由4033B兩塊芯片進行構成60進制計數。該譯碼器識別信號至59，然后清零循環計數。計數方式與分鐘計數方式一樣。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數模塊有了自動的計數方法。而不是通過外來校準不停的進行調整計數。

3.2.2.4.手動時間校準電路的設計

S1和S2分別為“小時”與“分”的手動校準電路。S1按動一次，在小時計時部位計數加1，S2按動一次，在分鐘計時計數數碼管顯示上顯示加1,。濾波電路C3、R10和C4、R13分別用來吸收S1和S2的動作產生的電壓抖動。二極管D1、D2分別為“小時”與“分”校準電路與相鄰下一級計數器“清零”端R之間的單向隔離文件。R11、R12為手動校準電路的限流范圍。3.2.2.5.光敏電阻的設計

光敏電阻R1～R6分別為數碼管DS1～DS6夜間工作在節電模式時的亮度自動控制電路。光敏電阻可選用MG41-22或MG45-

12、或5606、6106型（亮電阻≤2KΩ，暗電阻≥900KΩ）。每只數碼管的公共端第3（8）腳通過一光敏電阻串聯晶體開關管9013接地。當夜晚室內光線較暗時，數碼管自動降低亮度。數碼管DS1～DS6采用超高亮度的數碼管5011型，這種LED數碼管耗電為普通數碼管的十分之一，每個段碼的驅動電流僅為1mA，就可以發出普通數碼管20mA

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工作電流時相同的亮度。當其工作電流達20mA時，發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。開關管Q1～Q3選用9013（40V、0.5A、0.625W、低頻）可滿足控制兩個數碼管陰極電流通斷的要求。本設計還充分利用芯片CD4033的“零”數字消隱功能，即當十位上海數字為零時，該數碼管不亮。例如，當時間為9時8分5秒，不是顯示“09”時“08”分“05”秒，而是顯示“9”時“8”分“5”秒，該設計方案可使數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位二進制同步計數器（有預置端，異步清除）

40161是4位可編程計數器，復位采用異步方式，當CLEAR為低電平時，使四個輸出端均置為低電平，而與CLOCK、/LOAD或PE、TE輸入的狀態無關，/LOAD為低電平時，計數器無效，使輸出端在下一時鐘脈沖與設置的數據一致，并與PE、TE輸入端的狀態無關。

N位同步級聯計數器可由超前進位電路實現，不需要外加控制，此功能由兩個計數控制輸入端和進位輸出端完成。PE、TE輸入端均為高電平時，計數有效，當計數超過“15”時，進位輸出端CARRY OUT(CO)即產生一正向輸出脈沖，其脈沖寬度約等于Q1輸出正向寬度，此正向溢出進位脈沖可使下一級聯電路有效，時鐘無論為高電平或低電平，均可實現PE或TE輸出的邏輯轉換。

4.2 CD40106 CD40106由六個施密特觸發器電路組成。每個電路均為在兩輸入端具有施密特觸發器功能的反相器。觸發器在信號的上升和下降沿的不同點開、關。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引腳是數據輸出端，1 3 5 9 11 13是數據輸入端，14是電源正，7接地。

CD4016引腳圖

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4.3 CD4009 CD4009是十六進制的CMOS緩沖器/變換器 電路板的安裝與測試

為了方便檢測，電路有6位數碼管安裝在CD4033的上方，分別顯示出時“00~11”分“00~59”秒“00~59”的時鐘顯示。根據電路的設計特點，在安裝過程中，基于測試同時進行。在安裝測試順序是①1HZ脈沖信號的產生電路，運用邏輯筆測試芯片IC34的Q0端的“1HZ”的脈沖輸出信號；②“秒鐘”計數/譯碼/顯示電路，顯示0秒鐘~59秒鐘，運用邏輯筆測試芯片IC5A第3期的“滿60秒進一”的進位脈沖輸出信號；③“分”鐘計數/譯碼/顯示電路，顯示0分鐘~59分鐘，運用邏輯筆測試芯片IC58第四腳的“滿60進一”的進位脈沖輸出信號；④“小時”計數/譯碼/顯示電路，顯示0小時~12小時，運用邏輯筆測試芯片IC5C第10腳的“清零”脈沖輸出信號；⑤分別按動開關S1、S2，測試時間校準電路的功能及可靠性；⑥用厚紙片遮蔽敏光電阻的上方，觀測數碼管亮度顯示接受控制前后的響應情況。6個單元電路組裝合格后，電路可以顯示12小時內的任一時間。時間校準電路組裝完成后，可以校準當前時間，并驗證一晝夜

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24小時的計時誤差是否在一定范圍內；然后在一定電源內測量整機最大工作電流是否也在一定范圍之間。

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