数字逻辑数字时钟报告.docx

1、数字逻辑数字时钟报告计算机与信息工程系数字逻辑设计课程设计报告专业：计算机科学与技术B090502班级： 学号: B09050218姓名: 汪文威报告完成日期: 2011.06.14指导教师：邹红文 评语：成绩：批阅教师签名： 批阅时间：可调节电子表摘 要可调节电子表的电路部分分为74160设计的时分秒计数器和调节校正时钟两大组成部分。主要用74160等芯片设计电路图，设计秒脉冲MCLK 和一个手动校正脉冲TMCLK，信号发生器产生稳定的脉冲信号，作为电子表的计时标准。具有“时分秒”的十进制数字显示，小时为24进制，分和秒为60进制。当正常计数时，秒脉冲连接到计数器上，手动脉冲无效，校对时间时

2、，手动脉冲连接到计数器上，秒脉冲无效。该电子表只对分钟和小时进行校正，可以在任意时间调节时间,在任意时间按下复位键，可将电子表复位清零。在Quartus仿真软件上仿真实现电子表的功能，并通过下载到实验板上上测试，结果正确。关键词：Quartus，脉冲，74160，实验板，LCD液晶,进制Adjustable Electronic TableABSTRACTAdjustable electronic circuit design of the divided into 74160 seconds and adjust clock counter correction two major part

3、s. In 74160, the main design the circuit diagram, chip design MCLK second pulse and a manual correction of pulse TMCLK, signal generator produce stable pulse signal as electronic timing standards,. When the clock with decimal figures, for 24 hours into the system, minutes, and seconds to 60 into the

4、 system. When normal count, second pulse connected to the counter, manual pulse is invalid, proofreading time, manual pulse connected to the counter, second pulse is invalid. The electronic watch only for minutes and hours for calibration, can at any time at any time, regulating time press reset but

5、ton can be cleared, electronic watch reset.In Quartus II simulation software simulation on the function of the electronic watch, and through the download to experiment and test results are correct, board.Key words: Quartus II, pulse, 74160, the board, LCD，Hexademical 目录前言 1第1章 组成电路的芯片介绍 21.1 74160芯片

6、 2第2章 电子表电路图 32.1 可调电子表 32.1.1电子表封装总图 32.1.2 可调74160时钟原理图 42.2 LCD液晶显示器的显示程序 7第3章 仿真波形图 123.1 仿真结果和仿真波形图 123.1.1正常计时波形图 123.1.2校正电子表波形图 133.1.3复位电子表波形图 13结论 14谢 辞 15参考文献 16附 录 17 前言通过学习数字逻辑，我认识到“电子课程设计”是电子技术课程的重要环节,数字逻辑是计算机科学技术专业学生必修的一门专业技术基础课。此次的课程设计我选的课题是“可调节电子表”。可调节电子表，是生活中大家最熟悉的，也是现实社会不可或缺的，时间就是

7、金钱，在当今世界快速发展的大潮中，时间显得越来越重要，无时无刻我们都在和时间打交道，现在我们就来看下我们课程设计通过所学知识实现的可调节电子表。可调节电子表，运用了我们所学内容及了解的芯片设计完成，实现显示时、分、秒并且可以按键调节，其中运用了计数器74160和各种逻辑门。利用74160构造出模60，模24，利用脉冲MCLK使计数器开始计数，通过模60，模24进行进位。再利用手动脉冲TMCLK对时钟进行校正。通过同步并入设出态实现复位清零功能。通过这次课程设计加深对本课程内容的理解，掌握数字系统工作原理和数字系统设计方法，熟练掌握Quartus仿真软件和实验开发板的使用方法，同时可以提高我们的

8、独立分析问题和解决问题的能力，综合设计及创新能力，培养我们实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯。也提高了我们运用数字逻辑电路解决实际问题的能力，为以后的计算机硬件课程的学习奠定良好的基础。11 第1章 组成电路的芯片介绍1.1 74160芯片引脚：QAQBQCQD为输出端口，进行计数值。ENT ENP为使能端。CLRN清零端。LDN预置。A B C D预置数据输入。CLK时钟脉冲输入。 74160芯片符号：图 1-1 74160芯片符号 74160芯片功能如下：74160是十进制计数器 当计数到1001时，输出进位RCO=1。 ENT和ENP为使能端，正常工作时为1。CLRN为清零端，

9、低电平有效。LDN低电平有效，CLK为输入工作信号。ENPENTLDNCLRNCLK功能 1111上升沿正常计数 01上升沿同步设初态 0111保持RCO=1进位011保持RCO=0 不进位0异步清0电子表设计过程中，由秒逢60向分钟进位，秒表由两个74160组成模60计数器。分逢60时向时进1，分钟由秒控制进位，也是由两个74160组成模60计数器，原理同秒计数一样。小时逢24清零，由分和秒同时控制，是由两个74160组成的模24计数器。2模60计数器，如秒的输出端M0M3M4M6都为1时在下一个上升沿到来时，LDN=0，输出端开始清零，同时RCO=1向分钟产生进位。第2章 电子表电路图2.

10、1 可调电子表2.1.1电子表封装总图图2-1 电子表总电路图图2-1中，74160clock为电子表电路封装后的模块。XIANSHIDZB为显示程序封装后的模块，其中rs为数据/命令选择端，rw为读写选择端，en为使能端。d7.0为数据口。两个模块组合后成为电子表的电路总图，通过将程序下载到实验板上，实现了电子表的计数，调节，复位，显示等功能。RESET为清零端正常计数时为1。当RESET=0时，时分秒全部清零。CLK为电子表正常工作提供脉冲信号。TMCLK为手动校正脉冲，K0K1=01时，CLK脉冲不工作，校正小时，在TMCLK上升沿到来时小时的计数器加1；K0K1=10时，CLK脉冲不工

11、作，校正分钟，在TMCLK上升沿到来时分钟的计数器加1；当K0K1为00或11时正常计数，手动脉冲不工作，在CLK上升沿到来时，秒的计数器加1。2.1.2 可调74160时钟原理图174160时钟部分如图2-2（a）：图2-2（a） 74160时钟电路图 图2-2（a）中最右端为秒的模60，M7M6M5M4M3M2M1M0为秒钟的输出端；中间为分钟的模60，F7F6F5F4F3F2F1F0为分钟的输出端；最左端为小时的模 24，S7S6S5S4S3S2S1S0为小时的输出端；D0D1D2D3 为各74160模块的输入端，要求接地全部为低电平；MCLK为74160的输入脉冲。RESET为复位键，

12、控制电子表在任意情况下复位清零。正常工作时K1K0为00或者11，工作脉冲为MCLK，手动脉冲TCLK无效。RESET为1，对SLDN,NFLDN,NMLDN为影响。即NFLDN=FLDN,NMLDN=MLDNFCLK=K0TMCLK+K0MCLKTFEN=FEN+K0SCLK=K1TMCLK+ K1MCLKTSEN=SEN+ K1MLDN=M0M3M4M6 FLDN=K0MLDN+F0F3F4F6=1MLDN+F0F3F4F6SLDN=K1FLDN+S0S1S5 =1FLDN+S0S1S5FEN=MLDNSEN=FLDNMC=RCO,当M3M2M1M0=1001时，RCO=1产生进位，使秒模

13、块高位ENT、ENP都为1，正常工作。M6M4M3M0=1111时，MLDN=LDN=0输出端清零,分钟加1。TFEN为分钟的使能端，正常工作下K0=0 ，TFEN=FEN；分钟的脉冲信号为FCLK=MCLK，FLDN=1MLDN+F0F3F4F6，TFEN=FEN+0,RCO=FC；当F6F4F3F0=1111时，FLDN=0秒产生进位，使时钟钟加1。TSEN为小时的使能端，正常工作下,满足下面公式：TSEN=SEN= FLDN=K0MLDN+F0F3F4F6=MLDN+ F0F3F4F6小时的脉冲信号为SCLK=K1TMCLK+ K1MCLK，74160计数器的小时模块的LDN端口SLDN

14、=K1FLDN+S0S1S5 =FLDN+ S0S1S5，RCO=SC，FLDN=1，SEN=1时，小时开始加1。当S5S1S0=111， F6F4F3F0 =1111， M6M4M3M0=1111在下一个上升沿到来时输出全部为0,时钟走一个周期了。RESET=0，即复位时满足公式如下面：秒钟模块的LDN端口：NMLDN=MLDN0=0；分钟模块的LDN端口：NFLDN=FLDN0=0；时钟模块的LDN端口：SLDN=0(1FLDN+S0S1S5)=0；当接到下一个MCLK脉冲上升沿开始复位清零。2. 74160校正部分如图2-2(b)： 图2-2(b) 74160时钟调节电路图 (1) 只对

15、分钟和小时校正。(2) 设置秒脉冲MCLK和一个手动校时脉冲TCLK。(3) 当正常计数时，秒脉冲连接到计数器上，手动脉冲无效。(4) 当校正电子表时，把手动脉冲连接到计数器相应位上，使相应位上的脉冲无效。(5) 当手动脉冲有上升沿时，相应的位加1，其它位照常计数，不受校时手动脉冲影响。(6) 当按下复位键时，电子表复位清零。(7) 设置3个功能选择按钮，实现下表的功能。RESET K1 K0功能FENCLKTFENSHICLKTSEN100正常计数MCLKFENMCLKSEN101调节分钟TCLK1MCLKSEN110调节小时MCLKFENTCLK1111正常计数MCLKFENMCLKSEN

16、0dd清零复位dddd表2-1 74160按键功能表以上5个功能的说明如下：正常计数：时钟全部是秒脉冲，使能端分别是FEN 、SEN调节分钟：分钟时钟是手动脉冲，分钟使能端分别是1。小时正常计数。调节小时：小时时钟是手动脉冲，小时使能端分别是1。分钟正常计数。复位电子表：通过控制74160lLDN端来同步并入清零。调节按钮电路公式：FCLK=K0TMCLK+K0MCLKTFEN=FEN+K0SCLK=K1TMCLK+ K1MCLKTSEN=SEN+ K1(8) 某位调节到最大值时候，不向高位进位，执行清零： 调节分钟到59后，FLDN=0使分钟清零,此时MLDN无效。调节小时到23后，SLDN

17、=0使小时清零,此时FLDN 无效。清零公式： FLDN=K0MLDN+F0F3F4F6SLDN=K1FLDN+S0S1S5 正常计数:因为K0=K1=1，所以有：FLDN=1MLDN+F0F3F4F6SLDN=1FLDN+S0S1S5 复位公式：NMLDN=MLDN0=0NFLDN=FLDN0=0SLDN=0(1FLDN+S0S1S5)=02.2 LCD液晶显示器的显示程序源程序 library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entit

18、y XIANSHIDZB is Port ( Clk : in std_logic; -状态机时钟信号，同时也是液晶时钟信号 R0,R1,R2: in std_logic_vector(7 downto 0); rs: buffer std_logic; rw : out std_logic; -液晶读写信号 en : out std_logic; -液晶使能信号 Clk_Out : buffer std_logic; -除输出的秒脉冲 d : buffer std_logic_vector(7 downto 0) ); -LCD的数据线end XIANSHIDZB;architecture

19、Behavioral of XIANSHIDZB istype xianshi is array(0 to 31) of std_logic_vector(7 downto 0);-显示缓冲signal qx : xianshi :=(others = 00100000);type state is (clear,ids,dlnf,dcb,ddram1,outdata1,ddram2,outdata2);-ddram2,signal Count : std_logic_vector(15 downto 0);signal LCLK_OUT : std_logic;signal Counts :

20、 integer range 0 to 3000000:=0;-;std_logic_vector(22 downto 0);signal Current_State: state;signal tempa : std_logic_vector(4 downto 0):=00000;beginprocess(Clk_Out,clk)-秒脉冲begin if(rising_edge(clk)then Counts = Counts + 1; if(Counts=3000000)then -10000000是1秒 Clk_Out = not Clk_Out; end if; end if;end

21、process;qx(2)= 0011 & R0(7 DOWNTO 4);qx(3)= 0011 & R0(3 DOWNTO 0);qx(5)= 00111010;-:qx(7)= 0011 & R1(7 DOWNTO 4);qx(8)= 0011 & R1(3 DOWNTO 0);qx(10)= 00111010;-:qx(12)= 0011 & R2(7 DOWNTO 4);qx(13)= 0011 & R2(3 DOWNTO 0);process(Clk,LClk_Out) -LCD用脉冲-LClk_Out,6msbegin if(rising_edge(clk)then Count =

22、 Count + 1; if(Count =0)then LClk_Out = not LClk_Out; end if; end if;end process;en = LClk_Out;process(LClk_Out ,Current_State) -液晶驱动控制器 begin if rising_edge(LClk_Out )then rs = 0;-写指令 rw d=00000001;-01H,清屏 Current_State d=00111000;-38H-5*7 Current_State d=00000110;-06H: l to r Current_State d=00001

23、100;-0cH Current_State -显示第一行 d=10000000+tempa(3 downto 0); Current_State rs=1; d=qx(conv_integer(tempa); tempa=tempa+1; if tempa=10000 then Current_State=ddram2; else Current_State -显示第2行 d=11000000+tempa(3 downto 0); Current_State RS=1; d=qx(conv_integer(tempa); tempa=tempa+1; if tempa=00000 then

24、Current_State=ddram1; else Current_State null; end case; end if;end process;end Behavioral; 第3章 仿真波形图3.1 仿真结果和仿真波形图3.1.1正常计时波形图 图3-1(a)正常计时图3-1(b)正常计时电子表正常工作时，时钟全部是秒脉冲MCLK，使能端分别是FEN 、SEN。复位端RESET=1正常工作。图3-1(a)为调节按钮K0、K1同为0，正常计时，99.59ns时，秒钟走过59开始进位，分钟加1。图3-1(b)为而调节按钮K0、K1同为1，正常计时，88.79ns时，秒钟走过59开始进位，

25、分钟加1。分秒逢60进1，小时逢24为一周期。3.1.2校正电子表波形图图3-2 校正电子表图3-2中110ns前校正分钟，K1K0=01在手动脉冲TMCLK下一个上升沿到来时，分钟开始加1。而秒和小时正常计数，不受手动脉冲的影响。110ns后校正小时， K1K0=10在手动脉冲TCLK下一个上升沿到来时，小时开始加1，而秒和分正常计数，不受手动脉冲的影响。3.1.3 复位电子表波形图图3-3 复位电子表图3-3为复位电子表，140ns下按下RESET键，RESET置0，NMLDN, NFLDN,SLDN被置0，当接受到下一个MCLK脉冲上升沿，140.1ns开始同步设出态，电子表复位置零。

26、结论电子表要实现计数、清零和校正，复位等功能。首先想到由计数器对时钟信号进行计数并产生进位，通过加上手动调节脉冲来对电子表进行校正，至于复位，想到可以通过置零各74160的LDN，是满足同步设出态，来同步并入清零。但这只是思路，在进行画图时遇到了好多困难，我画图比较早，大概一月前吧课题下来了，就试着画了下，自己怎么想就怎么话，感觉和写程序代码一样，错了就不断调试，刚开始没加加手动脉冲，而是借用正常计数的脉冲CLK，不过这样，有局限性，调节速度和秒计时一样，比较慢。所以外加了手动脉冲TMCLK，调节时经TMCLK周期缩短，问题出现了，调节时出现跳动不均匀现象，才发现，在进行调节分和小时时，正常的

27、秒脉冲产生的MLDN对调节分时有影响，这才加了个限制，调节分钟和小时时，要切断相应的MLDN,FLDN，即公式：FLDN=K0MLDN+F0F3F4F6SLDN=K1FLDN+S0S1S5 至于复位清零端，刚开始没有加，今天中午老师说要加上复位端，自己按自己思路感觉可以将各74160的LDN全部置零，此时旁边的同学在用74160的异步清零，我心里有点迟疑，她们和我都不一样。但最终还是继续走自己的思路，结果是：可以这样做。而她们的异步置零，也是可以的。 通过不断调试测试，逐渐实现正常计时，调整电子表等功能，虽然花了不少精力时间，走了不少弯路，今天上午在实验板上下载成功，电子表正常计时，调节分钟小

28、时正常，复位清零端也无误。当看到期待的结果时，感觉一切都没有白费。电路图是自己按自己的思路画的，这样加深了对计数器74160的认识，巩固了数字逻辑相关方面的知识。自己对这门课程也增加了信心。 谢 辞感谢学校给提供的这次课程设计实习，给我们一个自我锻炼，将知识应用到实践中的机会。感谢邹老师给同学们提过的这次课题及详细指导书，和对我实验报告格式的耐心教导。感谢我的同学对我的帮助，尤其在将程序下载到开发板时。参考文献1 欧阳星明. 数字逻辑（第四版）. 武汉: 华中科技大学出版社, 2009-2 2 邹红文. 数字逻辑指导书. 洛阳: 洛阳理工学院,2011-2 3 74160pdf中文资料4 附录 电子表下载验证步骤（1）安装驱动程序 先把实验板接好，然后：我的电脑属性硬件设备管理器。自动搜索出一个设备。到安装路径下找到“USB-Blaster”。（2）下载设置