基于quartus的电子钟.docx

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基于quartus的电子钟

电子线路设计Ⅱ

——基于QuartusII软件的数字钟

姓名：

侯作霆

学号：

091142608

多功能数字钟设计

一、设计内容简介

本数字钟以计时为基本功能，可以完成00:

00:

00到23:

59:

59的计时，并在控制电路的作用下具有保持、快速校时、快速校分的功能。

在具有基本功能的基础上，增加了下列扩展功能：

闹钟、秒表（最小记录0.01秒）、日历（包括年、月、日及星期的显示和校准，并自动识别大小月）。

数字计时器是由分频电路、计时电路、控制电路、译码显示电路等几部分组成的。

其中，分频电路将试验箱提供的48Mhz的频率分成各模块电路所需要的频率；计时电路完成计时功能，并与动态显示电路相连，将时间日期等信息显示在七段数码管上；控制电路对年、月、日、时、分以及星期提供快速校时；秒表电路启动后可完成最小单位为0.01秒的计时；以上各部分电路均与译码显示电路连接，将以上数据分别显示，通过按钮切换。

系统结构如下图所示

二、各模块电路原理

1、分频电路

实验箱上提供振荡源为48MHz，为获得秒脉冲信号和显示电路中需要频率，以及消除触点抖动所需频率，需要对该振荡源进行分频处理。

处理的过程示意如下：

主要采用74160芯片和74161芯片以及其他逻辑门组成不同进制的计数器逐级分频，将16分频放在最后一级以得到占空比为50%的方波。

2、秒表电路

秒表电路有三级计数器，一级00--99的100进制计数器和两级00—59的60进制计数器。

每级内部才有同步触发方式，每级之间采用异步触发方式。

秒表电路设有两个控制按键复位按和ON/OFF按键，每个按动按一次后均可产生一个脉冲信号。

复位按键与每级技术芯片CLR端相连，以实现秒表的清零的功能。

ON/OFF按键与一模为2计数器的CLK端相连，每按动一次ON/OFF键，计数器输出“1”或“0”。

计数器与3线-8线译码器74138（可完成数据分配功能）相连，控制100Hz信号是否输入计时模块，原理图如下：

（图中key为消除抖动电路）

秒表计时电路以计数器电路为主，以1Hz方波同时与调秒输入经过或门后驱动。

计数将要溢出向下一级CLK端发出一个脉冲，驱动计数。

采用D触发器消除毛刺。

计时电路原理相同，以秒计时为例说明。

仿真图和原理图如下：

3、计时电路

计时电路可实时提供时间信息，包括时、分、秒。

电路原理与秒表计时原理相同，用两级60进制计数器记录秒和分。

同时级联的第三季24进制计数器记录小时，并向日期及星期电路提供一个周期为24小时的驱动信号。

脉冲输入端CLOCK和调时端通过一或门接入每级脉冲输入，实现调时与计时互不冲突

原理图如下

4、日期电路

日期电路以月计时器为核心，输出的月份控制两片译码器74154来选择不同的计数器：

29进制计数器、30进制计数器、31进制计数器。

表示日的计数器一旦被选中，输入控制信号，屏蔽另外两种进制的计数器，以实现对大小月的自动识别。

日期电路中每种计数器均设有端口以供控制电路调时。

原理图如下：

5、控制电路

控制电路原理是将脉冲送入各计时计数器的调整端，实现对时间和日期等5种信息的调整。

设有“切换”和“校准”两个按键，每按动一次“切换”按键，给计数器74160送入一个脉冲，计数信息送入数据选择器74138为脉冲选择不同的输出端，同时计数信息通过译码器74154译码，选择不同的灯亮起，提示当前脉冲输出的端口，按动一次“校准”按键，送入一个脉冲。

闹钟调整电路原理于此相同，不再赘述。

原理图如下：

6、闹钟电路

闹钟电路将当前时间与闹钟设置时间通过比较器7485比较，当二者相等时通过与门输出一个信号进入响铃电路，控制1000Hz的信号输入到蜂鸣器。

闹钟计时电路与时钟计时原理相同。

原理图如下：

7、报时电路

每当计时到整点后，蜂鸣器报时5秒。

将当前时间的时和分与设置的时间00:

05比较，小于即输入信号控制报时。

8、响铃电路

响铃电路可接受报时和闹钟的信号，控制蜂鸣器.

9、消除按键抖动

对于一个按键信号，用一个脉冲对它进行采样。

如果连续几次采样都相同是，即认为处于稳定状态。

消抖电路用三级D触发器采样，100Hz脉冲驱动D触发器

10、显示电路

显示电路通过切换可显示5种信息，第二位和第五位数码管只显示“—”。

由1000Hz信号控制计数器和数据选择器74138不断扫描每一位的位选信号。

当任意一位选中后，通过8选1模块lpm_mux同时选中相应的由7段译码器7447提供的段信息。

每一段的译码器7447前接一个5选1模块lpm_mux,。

按键即送脉冲到计数器，技术信息接lpm_mux,模块的地址端，实现5种显示信息的切换。

三、实验心得

这次实验进行过程中发现了自己存在的很多知识漏洞，并且在实验中真正学会了电子系统设计方面的一些知识。

实验开始设计基本功能电路时我们进展得很顺利，当天即完成了基本计时功能。

但是，我们并没有意识到电路中存在的问题。

次日进行功能扩展时，加入了闹铃功能，发现基本的进位都有问题。

两人研究了很长时间，将消颤开关的采样频率调高之后发现问题解决了。

但是随之而来的问题是，正常电路的校时校分功能无法实现。

两人研究修改了整整一天也没有把这个问题解决掉。

后来就怀疑是硬件出现了问题，但是把我们的程序下到其他机器上进行硬件测试时，问题还是存在，所以就断定电路设计的某些地方是错误的，而且这个错误是闹铃功能加入之后出现。

最后在校时校分电路的进位模块里发现了症结所在，修改之后，电路稳定正常工作。

这次实验中积累了如下经验：

1、系统设计进要行充分的方案论证，不可盲目就动手去做；

2、实验中对每一个细节部分都要全面思考，要对特殊情况进行处理；

3、对于数字系统，要考虑同步、异步问题；

4、数字电路的理论分析要结合时序图；

5、遇到问题，要顺藤摸瓜，分析清楚，不可胡乱改动，每做一次改变都要有充分的理由；

6、模块化设计方法的优点在于其简洁性，但是在实验设计中也发现，在实验最终电路确定之前，要尽量减少模块重叠嵌套，因为在总的电路敲定之前，电路还不成熟，很多地方需要改进，如果在开始时就进行多层模块化，里层模块电路的修改将影响其外层的全部电路，这样就是牵一发动全身，很显然，这样将导致电路设计的低效，所以在设计过程中，一定要尽量减少超过两层的模块；

7、遇到问题花了很长时间没有解决掉，要学会想他人请教，别人的不经意一点，可能就能把自己带出思维死区。