数字逻辑数字时钟报告.docx

数字逻辑数字时钟报告.docx

《数字逻辑数字时钟报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字逻辑数字时钟报告.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

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，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

AdjustableElectronicTable

ABSTRACT

Adjustableelectroniccircuitdesignofthedividedinto74160secondsandadjustclockcountercorrectiontwomajorparts.In74160,themaindesignthecircuitdiagram,chipdesignMCLKsecondpulseandamanualcorrectionofpulseTMCLK,signalgeneratorproducestablepulsesignalaselectronictimingstandards,.Whentheclock"with"decimalfigures,for24hoursintothesystem,minutes,andsecondsto60intothesystem.Whennormalcount,secondpulseconnectedtothecounter,manualpulseisinvalid,proofreadingtime,manualpulseconnectedtothecounter,secondpulseisinvalid.Theelectronicwatchonlyforminutesandhoursforcalibration,canatanytimeatanytime,regulatingtimepressresetbuttoncanbecleared,electronicwatchreset.

InQuartusIIsimulationsoftwaresimulationonthefunctionoftheelectronicwatch,andthroughthedownloadtoexperimentandtestresultsarecorrect,board.

Keywords:

QuartusII,pulse,74160,theboard,LCD，Hexademical

目　录

前　言1

第1章组成电路的芯片介绍2

1.174160芯片2

第2章电子表电路图3

2.1可调电子表3

2.1.1电子表封装总图3

2.1.2可调74160时钟原理图4

2.2LCD液晶显示器的显示程序7

第3章仿真波形图12

3.1仿真结果和仿真波形图12

3.1.1正常计时波形图12

3.1.2校正电子表波形图13

3.1.3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QuartusⅡ仿真软件和实验开发板的使用方法，同时可以提高我们的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。

1

1

第1章组成电路的芯片介绍

1.174160芯片

引脚：

QAQBQCQD为输出端口，进行计数值。

ENTENP为使能端。

CLRN清零端。

LDN预置。

ABCD预置数据输入。

CLK时钟脉冲输入。

74160芯片符号：

图1-174160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，低电平有效。

LDN低电平有效，CLK为输入工作信号。

ENP

ENT

LDN

CLRN

CLK

功能

1

1

1

1

上升沿

正常计数

×

×

0

1

上升沿

同步设初态

0

1

1

1

×

保持RCO=1进位

×

0

1

1

×

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

2.1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。

d[7..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

1．74160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，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=MLDN

FCLK=

·K0·TMCLK+

·K0·MCLK

TFEN=FEN+

·K0

SCLK=K1·

·TMCLK+K1·

·MCLK

TSEN=SEN+K1·

MLDN=M0M3M4M6

FLDN=

·K0·MLDN+F0F3F4F6=1·MLDN+F0F3F4F6

SLDN=K1·

·FLDN+S0S1S5=1·FLDN+S0S1S5

FEN=MLDN

SEN=FLDN

MC=RCO,当M3M2M1M0=1001时，RCO=1产生进位，使秒模块高位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=1·MLDN+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=

·K0·MLDN+F0F3F4F6=MLDN+F0F3F4F6

小时的脉冲信号为SCLK=K1·

·TMCLK+K1·

·MCLK，

74160计数器的小时模块的LDN端口SLDN=K1·

·FLDN+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=MLDN·0=0；

分钟模块的LDN端口：

NFLDN=FLDN·0=0；

时钟模块的LDN端口：

SLDN=0·（1·FLDN+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。

RESETK1K0

功能

FENCLK

TFEN

SHICLK

TSEN

100

①正常计数

MCLK

FEN

MCLK

SEN

101

②调节分钟

TCLK

1

MCLK

SEN

110

③调节小时

MCLK

FEN

TCLK

1

111

④正常计数

MCLK

FEN

MCLK

SEN

0dd

清零复位

d

d

d

d

表2-174160按键功能表

以上5个功能的说明如下：

①④正常计数：

时钟全部是秒脉冲，使能端分别是FEN、SEN

②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。

③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。

⑤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=

·K0·TMCLK+

·K0·MCLK

TFEN=FEN+

·K0

SCLK=K1·

·TMCLK+K1·

·MCLK

TSEN=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=0使小时清零,此时FLDN无效。

清零公式：

FLDN=

·K0·MLDN+F0F3F4F6

SLDN=K1·

·FLDN+S0S1S5

正常计数:

因为

·K0=K1·

=1，所以有：

FLDN=1·MLDN+F0F3F4F6

SLDN=1·FLDN+S0S1S5

复位公式：

NMLDN=MLDN·0=0

NFLDN=FLDN·0=0

SLDN=0·（1·FLDN+S0S1S5）=0

2.2LCD液晶显示器的显示程序

源程序

libraryIEEE;

useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entityXIANSHIDZBis

Port（Clk:

instd_logic;--状态机时钟信号，同时也是液晶时钟信号

R0,R1,R2:

instd_logic_vector（7downto0）;

rs:

bufferstd_logic;

rw:

outstd_logic;--液晶读写信号

en:

outstd_logic;--液晶使能信号

Clk_Out:

bufferstd_logic;--除输出的秒脉冲

d:

bufferstd_logic_vector（7downto0））;--LCD的数据线

endXIANSHIDZB;

architectureBehavioralofXIANSHIDZBis

typexianshiisarray（0to31）ofstd_logic_vector（7downto0）;--显示缓冲

signalqx:

xianshi:

=（（others=>"00100000"））;

typestateis（clear,ids,dlnf,dcb,ddram1,outdata1,ddram2,outdata2）;--ddram2,

signalCount:

std_logic_vector（15downto0）;

signalLCLK_OUT:

std_logic;

signalCounts:

integerrange0to3000000:

=0;--;std_logic_vector（22downto0）;

signalCurrent_State:

state;

signaltempa:

std_logic_vector（4downto0）:

="00000";

begin

process（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<=notClk_Out;

endif;

endif;

endprocess;

qx

（2）<="0011"&R0（7DOWNTO4）;

qx（3）<="0011"&R0（3DOWNTO0）;

qx（5）<="00111010";--:

qx（7）<="0011"&R1（7DOWNTO4）;

qx（8）<="0011"&R1（3DOWNTO0）;

qx（10）<="00111010";--:

qx（12）<="0011"&R2（7DOWNTO4）;

qx（13）<="0011"&R2（3DOWNTO0）;

process（Clk,LClk_Out）--LCD用脉冲--LClk_Out,6ms

begin

if（rising_edge（clk））then

Count<=Count+1;

if（Count=0）then

LClk_Out<=notLClk_Out;endif;endif;

endprocess;

en<=LClk_Out;

process（LClk_Out,Current_State）--液晶驱动控制器

begin

ifrising_edge（LClk_Out）then

rs<='0';--写指令

rw<='0';

caseCurrent_Stateis

whenclear=>

d<="00000001";--01H,清屏

Current_State<=dlnf;

whendlnf=>

d<="00111000";--38H--5*7

Current_State<=ids;

whenids=>

d<="00000110";--06H:

ltor

Current_State<=dcb;

whendcb=>

d<="00001100";--0cH

Current_State<=ddram1;--准备写入地址

whenddram1=>--显示第一行

d<="10000000"+tempa（3downto0）;

Current_State<=outdata1;--ddram2;

whenoutdata1=>

rs<='1';

d<=qx（conv_integer（tempa））;

tempa<=tempa+1;

iftempa="10000"then

Current_State<=ddram2;

else

Current_State<=ddram1;

endif;

whenddram2=>--显示第2行

d<="11000000"+tempa（3downto0）;

Current_State<=outdata2;

whenoutdata2=>RS<='1';

d<=qx（conv_integer（tempa））;

tempa<=tempa+1;

iftempa="00000"then

Current_State<=ddram1;else

Current_State<=ddram2;endif;

whenothers=>null;

endcase;

endif;

endprocess;

endBehavioral;

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，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。

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=

·K0·MLDN+F0F3F4F6

SLDN=K1·

·FLDN+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