数字系统设计课程设计-数字时钟的设计与实现Word文档格式.doc

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姓名

余博文

学号

2013031101050

课程设计信息

课程名称

数字系统设计

课程设计题目

数字时钟的设计与实现

课程设计时间

2015年6月20日

小组情况

指导教师

邓春健

批改情况

成绩

评阅教师

批改时间

年月日

2014－2015学年第2学期

数字系统设计要求及评价

1.设计目的

数字系统一般指时序系统，它是在时序电路的基础上发展起来的。

之所以称为系统而不叫电路，主要是它所完成的功能已经远远超过一般的数字电路，结构也比通常电路复杂得多。

数字系统设计实践的目的是在完成数字电路课程的学习之后，通过综合应用所学的电路知识，完成较为复杂的数字系统的设计，从而获得较强的数字电路设计能力、调试能力和开发能力。

2.设计内容

数字系统设计题材不限，但应该具备一定的复杂度，如：

数字秒表的设计、基于矩阵LED的花样变换控制系统、基于七段码的打击游戏、时钟、数字通信控制系统等等。

3.设计要求

数字系统设计要求在EDA软件QuartusII完成，并且要求必须在基于FPGA数字电路设计平台上运行通过。

完成设计后，要求撰写设计报告一份，要求人手一份，不得雷同。

4.总体评价

作品情况需要经过现场答辩，按作品的完成、难度、创新情况来评分，；

设计报告情况按报告的书写水平来评分。

作品情况（60）

设计报告情况（40）

总计

目录

1. 数字系统概述 1

1.1数字系统概念 1

1.2数字系统设计实验环境 1

2. 数字时钟的设计 1

2.1数字时钟的原理 1

2.2数字时钟的设计思路 1

3. 数字时钟的实现 1

3.1数字时钟系统框架 1

3.2 数字时钟功能模块原理 2

4. 系统功能测试及分析 2

5. 问题及心得体会 2

6. 参考文献 3

3

数字时钟的设计与实现

1.数字系统概述

数字系统设计主要是通过在电脑上用电路软件（如QUARTUSII）在事先设计好电路图之后，用相应的模块或其他芯片，根据实验箱的电路图，找到需要用到的管脚，绘制好电路图后，通过USB线将相应的数据传送到试验箱上，观察试验现象。

若发现问题，则从新修改电路图，并下载观察，直至达到所需效果。

1.1数字系统概念

需要常用的模块有输入输出管脚、VCC、GND、逻辑门（与门、或门、非门）、数字选择器（如74138）、计时器（如8count、74160、74163）、触发器（D、JK、T）、数码管显示芯片7448等芯片。

上述模块可以基本实现显示、蜂鸣器的效果。

如果需要达到复杂的效果，则需要涉及更多的模块。

1.2数字系统设计实验环境

采用基于FPGA的数字电路实验平台的设计工具（QuartusII），该工具将常用的芯片已封装好，如果需要用到则直接放入电路图，用导线连接好后，通过USB传输数据至试验箱。

2.数字时钟的设计

2.1数字时钟的原理

数字时钟的走动通过系统提供的统一时钟脉冲来触发计数器计数。

由于输入的基准时间信号是周期性的，因此通过计数器对基准时钟脉冲的个数进行计数，即可实现计时。

2.2数字时钟的设计思路

时钟的电路有计时、计分、计秒的三个模块，用于计时。

还需要显示三个时间单位在数码管上，因而需要选择。

此外，系统提供计时模块。

3.数字时钟的实现

3.1数字时钟系统框架

图1.1数字时钟的结构框图

3.2数字时钟功能模块原理

（1）系统计时模块

通过对系统时钟的分频以达到得到1s钟的脉冲。

（2）计时、计分、计秒模块

使用74192/74160计时将节省元器件的使用。

因为74192/74160的模数为10，可不必判断分钟、秒钟的各位是否应该清零。

由于74160是异步清零，因此时钟、分钟、秒钟需要在24时清零。

（3）数码管显示模块

自定义一个比较器，根据快速的时钟来判断74138选择应该显示时分秒的某一位及其十位个位。

通过7448将所含信息表示为数码管上的数字。

4.系统功能测试及分析

试验箱的数码管可以显示6位数字，其中最后一位从0~9循环，时间间隔约1s。

当最后一位从九到零时，其前面一个数码管所显示的数字加一。

实现了进位功能。

最后两位从‘59’到‘00’时，中间的两个数字加一。

当总体为‘235959’时，下一秒显示‘000000’。

5.问题及心得体会

在实践过程中，遇到了有很多问题，例如，如何让六个数码管显示一排数字，以及如何灵活的应用自定义的比较器。

起初，本打算用7493来实现时分秒的计数。

但在学习课堂上，通过对一系列计数器的了解，74192/74160的模数为10，而7493的模数为16，如果用7493的话，则会需要更多的元器件来实现置数、清零等操作，从而增加了元器件的成本。

此外，从课堂上的单一试验到丰富的数字系统设计，需要对常用电路及元器件之间的连接方法进行不断积累，这样才能够设计出高效率、低成本的电路。

6.参考文献

[1]刘和平，王维俊，江渝等.TMS320LF240xDSPC语言开发应用.北京航空航天大学出版社.2003年1月第1版.

[2]DS12887Real-TimeClock.http:

//wwww.ges.cz/sheet/d/ds12887.pdf.

[3]曾洁.利用Max+plusⅡ改进数字电路教学.实验科学与技术.2007,5（4）:

87~89.