数字电子实习设计能显示小时分秒的数字钟.docx
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数字电子实习设计能显示小时分秒的数字钟
数字电子实习
实习题目：
报时式数字钟的设计
指导教师：
吴勇马占辉
班级：
测控08-2班
姓名：
于国庆
学号：
29号
目录
1、软件介绍…………………………………………3
二、设计任务与要求…………………………………5
三、设计原理…………………………………………5
四、设计过程…………………………………………6
五、元器件清单………………………………………13
六、实习心得…………………………………………14
七、参考文献…………………………………………16
一、软件介绍
Max+plusⅡ开发软件是Altera公司自行设计的可编程逻辑器件的EDA开发工具。
它是一种与器件结构无关的集成设计环境，提供了灵活和高效的界面，允许设计人员选择各种设计输入方法和工具，能够支持Altera公司的MAX、Classic、FLEX以及ACEX系列的PLD器件。
Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。
在Max+plusⅡ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。
Max+plusⅡ开发系统的特点
作为最为流行的EDA开发软件，Max+plusⅡ为设计人员提供的丰富功能、灵活的操作界面是其他同类软件无可比拟的。
概括起来，此软件主要有以下几个特点:
1、支持多种操作平台
Max+plusⅡ开发软件可在基于windowsNT4.0、windows95、windows98、windows2000、操作系统下运行，也可在SunSPARCStation、HP9000Series700/800和IMBRISCSystem/6000工作站上运行。
2、提供开放性的界面
Max+plusⅡ支持与Cadence，Exemplarlogic，MentorGraphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。
3、与结构无关
Max+plusⅡ系统的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可编程逻辑器件，提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。
4、完全集成化
Max+plusⅡ的设计输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。
5、丰富的设计库
Max+plusⅡ提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆功能（Mage-Function）。
6、模块化工具
设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设计环境用户化。
7、硬件描述语言（HDL）
Max+plusⅡ软件支持各种HDL设计输入选项，包括VHDL、VerilogHDL和Altera自己的硬件描述语言AHDL。
此外此软件能直接阅读到芯片的功能:
最直接的帮助来自于Max+plusⅡ的Help菜单。
若需要某个特定项目的帮助信息，可以同+键或者选用工具栏中的快速帮助按钮“
”。
此时，鼠标变为带问号的箭头，点击“特定的项目”就可弹出相应的帮助信息。
这里的“特定项目”，可以包含某个器件的图形、文本编辑中的单词，菜单选项，甚至可以是一个弹出的窗口。
二、设计任务与要求
设计一台能显示小时，分，秒的数字钟。
具体要求如下：
1、完成带时分秒显示的24H计时功能；
2、能完成整点报时功能，要求当数字钟的分和秒计数器计59MIN52S时，驱动音响电路，四低一高，最后一声高音结束，整点时间到；
3、完成对“时”和“分”的校时，并能对秒计数器清零。
三、设计原理
该数字时钟由振荡器，分频器，秒计数器，分计数器，小时计数器，校时电路，报时电路和显示电路等几部分组成。
小时计数器有24h计时和12h计时两种，本时钟用的是24h计时。
校时电路可对分，小时计数器进行校时，报时电路可对整点时间进行音响报时。
应该将整个设计过程分成各个模块来设计，这样既能理清设计的思路，又能在出错是迅速找到错误根源并改正。
小时计数器是一个24进制的计数器，利用一片74LS490和一些门电路构成一个24进制的计数器。
分计数器是一个60进制的计数器，利用一片74LS490和一些门电路构成一个60进制的计数器。
秒计数器设计同分计数器。
显示电路由六位数码管构成。
报时电路主要由高频和低频两个时钟脉冲组成。
校时电路是通过一些手动开关，门电路等组成的来控制分计数器，小时计数器的脉冲，以达到校时、校分的目的。
四、设计过程
打开MAX-PLUS2软件，它的快捷方式的图标是
，在此环境下新建一个项目，当点新建图标时会出现如下图一所示对话框，我们先选择第一个，即GraphicEditorfile,
图一
此环境是设计原理图的界面，然后开始进行自己的设计
我做的是报时式数字钟的设计。
选用了3片74490芯片引脚图和功能表如下：
可以看出这是10进制的计数器，时钟脉冲是下降沿有效。
设计时钟的秒显示，如下图：
如上图，Q0－Q3是秒的个位，Q4-Q7是秒的十位，G2是为后续校时电路做准备的，由于74490时钟脉冲是下降沿有效，并且只有秒的个位是8和9的时候Q3才是高电平，当个位向十位进位的时候只需要把Q3接在高位的时钟输入端2CLK，当秒的个位从9变0时Q3变会从高电平向低电平跳变一次，产生一个下降沿，这就会完成向高位的进位。
由于秒是60进制的，并且此芯片是同步清零，清零端CLR高电平有效，所以当秒的十位是6的时刻应该把秒清零，而Q5和Q6是高电平时为6，Q5和Q6通过一个与门后产生高电平，把Q5和Q6通过一个与门连接到高位的清零端2CLR后，就完成了秒的清零设置。
设计时钟的分显示，如下图：
时钟的分钟显示是通过秒每到60的时候向分钟进位产生的，所以图中的YY端接在秒电路图中的Q5和Q6通过与门后的输出端。
YY旁边的非门是起直接产生下降沿的作用，因为时钟脉冲是下降沿有效，图中前边的非门也是此作用。
小时的显示和分钟的相似，但当小时计到24时清零，如下图：
校时电路如下图,用138译码器来实现，当A端输入是0时，对应的是小时的校对，当A端输入是1时对应的是分钟的校对。
G1是设置校时的，当G1为1时，开始对电路进行校时，G2NB是对秒位的清零，电路正常计时是G1置0，G2NB置1。
报时电路如下图，由于报时是在从59分51秒开始的，每隔一秒响一次，共响5次，前4次是低音，第五次是高音，低音高音是用频率来控制的高音的频率比低音的大。
由于秒的十位5还有分位的59是确定的，1、3、5、7的二进制最低位都是1，因此，可以把相应的位通过一个与门输出，再与Q3（9的二进制高位是1）相与，如果Q3对应的是1，是高音，如果Q3对应的是0，是低音，这样就完成了报时电路的设计。
各个模块做完之后，就应该组合电路并且调试，组合后的完整电路图如下：
连接好电路后，运行电路，对应的按钮是“
”，点击后会出现下图
编译没有错误，点击确定，然后点击Start，编译完成后，再新建一个波形仿真图，
如图，选择下边的框后单击OK，之后保存文件。
在文件的空白面单击鼠标右键选出所有的输入输出，设置时钟脉冲后点击
按钮，把所有的输入设置好之后点击
按钮，如果没有错误的话会直接显示波形。
波形图如下：
在电脑上调试好之后，就可以往机箱中下载了，在菜单中选
下的
后再选
下的
设置保存之后把相应的引脚按照说明一次加入到芯片中，如下图：
完事后就可以把它下载到试验箱上了，在试验箱上通过给相应的频率和按键，便完成了设计。
。
五、元件清单
序号
名称
型号
数量
1
芯片
74LS490
3
2
三线八线译码器
74LS138
1
3
两输入与非门
NAND2
3
4
非门
NOT
3
5
两输入或门
OR2
3
6
七输入与非门
NAND7
1
7
两输入与门
AND2
7
六、实习心得
短短一周的实习结束了，在这一周的数字电子系统设计的实习中，我基本了解了报时式数字钟的设计原理，对Max+plusII软件的应用与基本设计方法有了基本认识，同时也学会了自己设计一些简单实用电路。
总之这次实习中让我在实验技能方面的综合水平得到了一定的提升。
在这周我们对MAX-Plus2软件进行学习，并进行具体实习设计。
第一天里，首先是老师为我们详细的介绍了本周的实习目的与实习要求，并简单介绍了MAX-Plus2软件的应用，接下来我们开始熟悉这个软件，熟悉这些元器件的具体应用，并能够连接简单的电路。
下午老师又针对本周的设计要求进行了具体说明，于是我们就开始了复杂的设计过程。
起初我对于这些设计题目可以说是很茫然，任何一个对于我来说都很难，于是我开始找一些参考书，看了一些相关的内容，有了一点思路。
与同组的成员商量了一下，决定既然有实习这样一个机会，想挑战一下自己，要做就要尽力并争取做到最好。
在设计中可以说遇到了很多困难，但是我觉得越是遇到困难越要学会坚持，要保持冷静的头脑，把问题分成小块并一块一块的解决，同时现在并不是自己一个人在孤军奋战，在和同伴的讨论过程中我也学到了很多知识。
于是我们按模块从计数模块、定时模块、控制模块、分频模块一步一步的往下做。
无论到模块的分析设计还是到最后的模拟验证，我们都在有条不紊的进行中，因为我知道只有在每个部分确保没有错误的前提下，才能使最后的结果能正确通过。
在设计过程中，我们也碰到了许多解决不了的问题，于是我们就请老师来指点迷津，每一次老师都很细心的为我们解答，从老师的指点中，我们也学到了一些知识，感谢老师多日来的耐心指导。
在第三天的实习中，我们学习了如何将原理图通过实验箱进行实现。
在实现过程中我们依然遇到了许多问题。
通过一步一步的改正，我们设计的结果终于大体完成了，电路基本实现的一些功能但是还有一部分没有体现出来，在原理图中没有问题，那就应该是硬件调试的问题了，如果时间在充裕一些的话，我一定会争取把它做出来的，并且保证每个功能都能实现，那才是我最高兴的时刻。
不过四天的辛苦与努力，我们还是基本完成了实习要求。
第五天我们进行了实习考核，考核时的任务是完成了，但我对自己还是有些不满意，没有达到我想想中的结果。
后来我深刻的反思了一下：
一个人之所以成功，是因为他成功于每个细节、成功于整个过程而不是最后的结果。
自己不能为了最后的结果就忽略了其中的过程。
每一个过程每一个步骤都要稳扎稳打，这才能对得起自己。
感谢老师一周以来，对我们的悉心教导，使我受益匪浅。
以后还会遇到很多问题，希望能和老师多多沟通和探讨。
现在学校实验室也在课余时间为同学开放了，我会好好珍惜和利用自己的课余时间，多做些设计实验来提高自己的专业技能。
勤能补拙是良训，一分辛苦一分甜，我相信通过自己的努力，最后一定会享受到成功的喜悦的！
七、参考文献
【1】《数字系统设计》邹彦等编著
北京：
航空工业出版社2007.2（第一版）
【2】《电子技术实验教程》林焕、周维芳、白庆华、曲萍萍编
长春：
吉林科学技术出版社2006.12（第一版）
【3】《电子技术基础》数字部分（第五版）康华光等编著
北京：
高等教育出版社2006.1
【4】《EDA技术实用教程》潘松编著
科技出版社2002
【5】《数字电路技术基础》阎石主编
高等教育出版社2001.1
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