毕业设计闹钟系统设计.docx
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毕业设计闹钟系统设计
课程设计
课程EDA技术课程设计
题目闹钟系统设计
课程设计任务书
课程EDA技术课程设计
题目闹钟系统的设计
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容：
设计并制作一个带闹钟功能的24小时计时器。
它包括以下几个组成部分：
1、显示屏，由4个七段数码管组成，用于显示当前时间（时：
分）或设置的闹钟时间；
2、数字键，实现‘0’—‘9’的输入，用于输入新的时间或新的闹钟时间；
3、TIME（时间）键，用于确定新的时间设置；
4、ALARM（闹钟）键，用于确定新的闹钟时间设置，或显示已设置的闹钟时间；
5、扬声器，在当前时钟时间与闹钟时间相同时，发出蜂鸣声
基本要求：
1、计时功能：
这是本计时器设计的基本功能，每隔一分钟计时一次，并在显示屏上显示当前时间。
2、闹钟功能：
如果当前时间与设置的闹钟时间相同，则扬声器发出蜂鸣声。
3、设置新的计时器时间：
用户用数字键输入新的时间，然后按"TIME"键确认。
在输入过程中，输入数字在显示屏上从右到左依次显示。
例如，用户要设置新的时间12：
34，则按顺序输入“1”，“2”，“3”，“4”，与之对应，显示屏上依次显示的信息为：
“1”，“12”，“123”，“1234"。
如果用户在输入任意几个数字后较长时间内，例如5s，没有按任何键，则计时器恢复到正常的计时显示状态。
主要参考资料：
[1]潘松著.EDA技术实用教程（第二版）.北京：
科学出版社,2005.
[2]康华光主编.电子技术基础模拟部分.北京：
高教出版社,2006.
[3]阎石主编.数字电子技术基础.北京：
高教出版社,2003.
完成期限2011.3.11
指导教师
专业负责人
一、总体设计思想
1.基本原理
数字闹钟电路的基本结构由两个60进制计数和一个24进制计数器组成，分别对秒、分、小时进行计时，当计时到23时59分59秒时，再来一个计数脉冲，则计数器清零，重新开始计时。
秒计数器的技术时钟CLK为HZ的标准信号。
当数字闹钟处于计时状态时，秒计数器的进位输出信号作为分钟计数器的计数信号，分钟计数器的进位输出信号又作为小时计数器的计数信号时、分、秒得计时结果通过6个数码管来动态显示。
因此，通过模式选择信号KEY1、KEY2控制数字钟的工作状态，使其分别工作于正常计时，调整分、时和设定闹钟分、时5个状态。
当数字闹钟处于计时状态时，3个计数器允许计数，且秒、分、时计数器的计数时钟信号分别为CLK，秒的进位，分的进位；当数字闹钟处于闹钟定时状态时，可以设定小时和分；当计时到所设定的时刻时，驱动扬声器，持续1分钟。
2.设计框图
系统框图主要分为三部分：
第一部分为精准秒脉冲产生电路，这里我们采用频率为32.768KHz的标准晶振搭成精准的秒脉冲产生电路，为电子钟提供精准的秒脉冲输入。
第二部分为FPGA核心控制电路，主要由型号为EP3C25E144C8N的芯片经过编程以后，向译码显示电路提供控制信号。
第三部分为译码显示电路，由4片74LS47驱动4个7段数码管，在核心控制电路输出的控制信号的控制下，显示相应的时、分、秒。
具体框图如下图1所示。
图1
二、设计步骤和调试过程
1、总体设计电路
该数字钟可以实现3个功能：
计时功能、定点报时功能和重置时间功能，因此有3个子模块：
计时、报时（speak）、重置时间（sd1，sd2）。
其中计时模块有4部分构成：
秒计时器（s1）、分计时器（m1）、时计时器（h1）。
秒计时器（s1）是由一个60进制的计数器构成的，。
clk为驱动秒计时器的时钟，s1为秒计时器的输出。
分计时器（m1）是由一个60进制的计数器构成的，s1为驱动分计时器工作的时钟；m1为分计时器的输出；时计时器（h1）是由一个24进制的计数器构成的，m1为驱动时计时器工作的时钟，h1为时计时器的输出；
报时模块（speak）的功能是定时到时，speak输出高电平，并且持续一段时间。
（1）、秒脉冲产生电路
如下图所示，由32.768KHz的晶振产生经过CD4060分频产生精准的秒脉冲。
图2
（2）、FPGA核心控制电路
对EP1K30TC144-3进行编程，输出控制信号。
图3
（3）、译码显示电路
如图，由CD4511驱动7段数码管进行显示。
图4
2、模块设计和相应模块程序
（1）、分计时器（second1）
-----------------------分钟十位
m110:
process（clk,min2,sec1,sec2,md1,md2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（min1="0101"andmin2="1001"）and（sec1="0101"andsec2="1001"）then
min1<="0000";
elsifmin1="0101"andmin2="1001"and（md1='0'andmd2="00"）then
min1<="0000";
elsif（min2="1001"and（sec1="0101"andsec2="1001"））
or（min2="1001"andmd1='0'andmd2="00"）thenmin1<=min1+1;
endif;
endif;--endif;
endprocessm110;
-----------------------分钟个位
m220:
process（clk,sec1,sec2,md1,md2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifmin2="1001"and（sec1="0101"andsec2="1001"）thenmin2<="0000";
elsifmin2="1001"and（md1='0'andmd2="00"）thenmin2<="0000";
elseif（sec1="0101"andsec2="1001"）or（md1='0'andmd2="00"）then
min2<=min2+1;
endif;
endif;endif;
endprocessm220;
（2）、时计时器（hour1）
-----------------------------------------------小时十位
h110:
process（clk,hou2,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（hou1="00010"andhou2="00011"）and（min1="0101"andmin2="1001"）
and（sec1="0101"andsec2="1001"）thenhou1<="00000";
elsifhou1="00010"andhou2="00011"andmd1='0'andmd2="01"then
--当时间为23点且处于校时状态时
hou1<="00000";
elsif（hou2="01001"and（min1="0101"andmin2="1001"）
and（sec1="0101"andsec2="1001"））or（hou2="01001"andmd1='0'andmd2="01"）
thenhou1<=hou1+1;
endif;
endif;
endprocessh110;
-----------------------------------------------小时个位
h220:
process（clk,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2,hou1）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（hou1="00010"andhou2="00011"）and（min1="0101"andmin2="1001"）
and（sec1="0101"andsec2="1001"）thenhou2<="00000";
elsifhou2="01001"and（min1="0101"andmin2="1001"）and（sec1="0101"andsec2="1001"）thenhou2<="0000";
elsif（hou2="01001"andmd1='0'andmd2="01"）or（hou1="00010"andhou2="00011"）thenhou2<="00000";--md<='1';
elsif（（min1="0101"andmin2="1001"）and（sec1="0101"andsec2="1001"））
or（md1='0'andmd2="01"）thenhou2<=hou2+1;--speak<=clk;
endif;
endif;
endprocessh220;
（3）、报时模块（speak）
--------------------------------------------闹铃
speaker:
process（clk,hou1,hou2,min1,min2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifseth1=hou1andseth2=hou2andsetm1=min1andsetm2=min2thenspeak<=clk;
elsespeak<='0';
endif;
endif;
endprocessspeaker;
disp:
process（md1,hou1,hou2,min1,min2,sec1,sec2,seth1,seth2,setm1,setm2）
begin
ifmd1='0'thenh1<=hou1;h2<=hou2;
---------------计时时间显示和设置模式
m1<=min1;m2<=min2;s1<=sec1;s2<=sec2;
else-----------闹铃时间现实和设置模式
h1<=seth1;h2<=seth2;m1<=setm1;m2<=setm2;
s1<="1111";s2<="1111";
endif;
endprocessdisp;
endone;
3、仿真及仿真结果分析
（1）、秒时钟仿真
如图5，s2满10进1，s1满6进一，即完成60进制秒钟计时。
图5
（2）、分时钟仿真
如图6，m2满10进1，m1满6进一，即完成60进制分钟计时。
图6
（3）、报时仿真
为了便于观察，此处定时为18秒，如图speak在18秒结束后被置高。
（4）、功能仿真RTL图
4、实验调试结果
在首次波形仿真时，遇到了一些困难,想要的结果不能在波形上得到正确的显示:
在设定输入的时钟信号后，数字钟开始计数，但是始终看不到小时、星期的循环计数。
后来，在同学的帮助下和数十次的调试之后，才发现之所以错误是因为输入的时钟信号对于小时、星期来说太短了。
经过屡次调试，终于找到了比较合适的输入数值：
分钟的初始值可以设为57（58、59都可以），小时的初始值可以设为23，这样，仿真之后，就能清楚的看出分钟、小时的循环计数。
另外，Endtime的值需要设置的长一点：
10us左右，输入的时钟周期值要设置的短一点：
5ns左右。
三、结论及心得体会
通过这次设计使我懂得了理论与实际联合是很重要的，只有把所学的理论与实践相结合起来，从理论中得出结论才能提高自己的实际动手能力，进一步加深了对EDA的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。
同时也遇到了不少困难，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是出现错误，不过在细心的检查下，终于找出了错误和警告。
总的来说，这次设计的数字钟还是让我学到不少东西，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，对今后的学习有了更充满了信心。
参考资料
[1]潘松著.EDA技术实用教程（第二版）.北京：
科学出版社,2005.
[2]康华光主编.电子技术基础模拟部分.北京：
高教出版社,2006.
[3]阎石主编.数字电子技术基础.北京：
高教出版社,2003.
大庆石油学院课程设计成绩评价表
课程名称
EDA技术课程设计
题目名称
闹钟系统的设计
学生姓名
兰士凤
学号
070901240102
指导教师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
2011年3月11日
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