【正文】 計時器電路設(shè)計方案1 總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計 電路功能與性能計時器電路的功能主要集中在五方面。一是對按鍵消抖的控制（電平檢查、消抖命令延時、消抖完成前延時、完成消抖后平穩(wěn)電平輸出等）為主的輸入信號的采集與處理；二是對輸入全局時鐘分頻，獲取所需時鐘；三是進(jìn)行時間的正常計時和可以調(diào)整時間，如正常的記錄時、分、秒，可以準(zhǔn)確調(diào)時、分、秒等；四是正常利用八位數(shù)碼管進(jìn)行譯碼顯示；五是處理維護(hù)和配置信息，如層停留時間、運(yùn)行速度等信息。電路的具體功能細(xì)節(jié)羅列如下：1) 計時電路輸入10KHZ的基準(zhǔn)時鐘，利用10K計數(shù)器和200計時器進(jìn)行計數(shù)分頻，獲取1HZ的自動掃描計時時鐘及50Hz的數(shù)碼管掃描時鐘。2) 消抖模塊分為電平檢查和10ms延時；通過按鍵輸入電平信號，檢查模塊對電平進(jìn)行檢測，發(fā)送所需脈沖，若10ms延時模塊檢測到所發(fā)脈沖，并對該脈沖進(jìn)行觸發(fā)10ms的過濾抖動，然后輸出正常脈沖信號。3) 經(jīng)過按鍵消抖發(fā)出的平穩(wěn)電平信號，校時模塊就會對獲取相應(yīng)管腳約束所發(fā)送的按鍵信號，并進(jìn)行時、分、秒的調(diào)整。4) 計時模塊采用24進(jìn)制計數(shù)器，10進(jìn)制計數(shù)器，6進(jìn)制計數(shù)器分別對時分秒高低位計數(shù)，檢測到時鐘分頻器所分的1HZ時鐘信號便自動開始掃描計時，自動產(chǎn)生進(jìn)位計數(shù)。5) 利用多路選擇器，即多路復(fù)用器，進(jìn)行對時分秒高位地位進(jìn)行選通，并發(fā)送到譯碼顯示器，進(jìn)行數(shù)字輸出。6) 利用八位數(shù)碼管顯示輸出，采取七段數(shù)碼管譯碼方式對0~9進(jìn)行譯碼輸出。7) 電路根據(jù)流水線設(shè)計方法，按鍵消抖和計時器運(yùn)行狀態(tài)……8) 配置信息通過……，目的計時信號處理……。 主要按鍵消抖法本電路設(shè)計的主要難點在于按鍵的消抖及調(diào)整時分秒上，也就是如何獲取穩(wěn)定的電平信號進(jìn)行時間調(diào)整。經(jīng)過功能分析，決定采用電平檢查及消抖延時的方式進(jìn)行調(diào)度與輸出控制。其中電平檢測模塊會根據(jù)電平發(fā)生變化產(chǎn)生的不同命令，然后進(jìn)入延時模塊當(dāng)中。接著，延時模塊會根據(jù)輸送進(jìn)入的命令在執(zhí)行相關(guān)的延時操作并且進(jìn)一步?jīng)Q定輸出。其功能利用布爾運(yùn)算,。 h2l_f1和h2l_f2運(yùn)算表表 時間 h2l_f1H2l_f2H2l_sig=(!H2l_f1)amp。h2l_f2 initial110 T1011 T21000 電路接口控制電路根據(jù)信號功能將接口分為5部分，分別是按鍵調(diào)時（使用者按下）、時鐘分頻掃描功能、計時選通信號、譯碼顯示等其它信號。 接口信號表 名稱IO屬性 描述備注clkin 輸入時鐘，10KHZ頻率rstin 系統(tǒng)復(fù)位信號低有效key_in[3:0]in 按鍵輸入電平信號低有效led_selout數(shù)碼管選通信號led_ selled_drvout數(shù)碼管驅(qū)動信號led drv 電路功能框圖1）根據(jù)功能要求 所畫系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2)依照功能，將電路分為7個功能模塊：輸入信號按鍵消抖模塊key_in，用于對輸入信號進(jìn)行有效檢測、消抖處理、脈沖整理等功能；選通模塊，用于主控選擇功能，……。電路的功能框圖如下所示。 電路功能框圖圖中輸入按鍵處理模塊key_in主要用于t調(diào)整時間，需要進(jìn)行相關(guān)的電平消抖。 驗證方案 設(shè)計的驗證主要有兩方面的內(nèi)容:一是代碼輸入過程中的仿真驗證。二是在硬件電路板上的驗證。仿真的驗證比較簡單，即模擬鍵盤的輸入動作，查看對應(yīng)按鍵被按下時，產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)及波形是否與預(yù)想的一致。 板級驗證需要使用開發(fā)板，用小按鍵鍵盤作為數(shù)據(jù)的輸入部分，用2位8段數(shù)碼管作為顯示輸出部分。2 模塊設(shè)計 設(shè)計共有4個功能模塊，分別是按鍵消抖及校時模塊、時鐘分頻及掃描模塊、計時選通模塊、譯碼顯示及頂層模塊，這里對模塊的詳細(xì)功能和時序關(guān)系進(jìn)行細(xì)致說明，以便達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目的。 按鍵消抖及校時模塊設(shè)計按鍵消抖模塊輸入按鍵key_in按鍵電平信號輸入，完成對電平消抖功能， 該模塊主要由電平檢查模塊和10ms延時模塊組合而成。具體如下：一旦檢測到按鍵按下（發(fā)生高電平到低電平的變化），經(jīng)由h2l_sig發(fā)送正脈沖。若10ms延時模塊檢測到h2l_sig的正脈沖，就會觸發(fā)10ms過濾抖動，然后高拉輸出。當(dāng)按鍵被釋放，電平檢查模塊會經(jīng)由l2h_sig發(fā)送正脈沖。若10ms延時模塊檢測到l2h_sig的正脈沖，就會觸發(fā)10ms過濾抖動，然后拉低輸出。其功能框圖如下： 按鍵模塊輸入pin_in主要完成消抖獲取平穩(wěn)的時鐘信號，便進(jìn)行調(diào)時功能。按鍵輸入信號處理模塊decet的接口信號有clk,rst,pin_in,pin_out， 輸入信號處理模塊接口信號表 名稱IO屬性 描述備注clkin 輸入時鐘，10khz頻率rstin 系統(tǒng)復(fù)位信號異步復(fù)位pin_inin按鍵調(diào)時輸入信號pin_outout按鍵調(diào)時輸出信號。 按鍵輸入信號處理模塊pin_in的模塊電路圖 h2l_sig和l2h_sig延時轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移狀態(tài)圖 //電平檢查模塊 。其中，第9行行定義100us的常量，第11~19行是count1。因為電平檢查模塊非常敏感，在復(fù)位的一瞬間，電平容易處于不穩(wěn)定狀態(tài)，所以需要延時100us。第18行將寄存器isen置1，用于表示100s的延時已經(jīng)完成。第21~24行聲明了四個寄存器；h2l_f1和h2l_f2用于檢測電平由高到低，初始化邏輯為1；l2h_f1和l2h_f2用于檢測電平有低到高，初值被設(shè)置為邏輯0第27~32行是對各寄存器進(jìn)行初始化，并進(jìn)行賦值；h2l_f1和h2l_f2的初值是邏輯1，假設(shè)第一個時鐘周期pin_in為低電平，h2l_f1就會被賦值為邏輯0，而h2l_f2則是被賦值為h2l_f1上一次的值，也就是h2l_f1的初值。在第一個時鐘周期，h2l_f1為邏輯0，“與”運(yùn)算，h2l_f1同樣會被賦值為邏輯0，而h2l_f2被賦值h2l_f1上一次的值，即邏輯0，再經(jīng)過布爾運(yùn)算，輸出結(jié)果是h2l_sig為邏輯0.無論檢測到的電平由高到低還是由低到高，都是一樣的原理。h2l_sig的輸出是發(fā)生在100us之后，因為100us之前被isen寄存器所限制。換言之，電平檢查模塊的有效輸出發(fā)生在100us延時之后。//延時模塊 ，模塊采用順序操作的寫法。第11~27完成延時操作，當(dāng)中采用了定時器和計數(shù)器，定時器和計數(shù)器都是通過標(biāo)志寄存器iscount的使能。第30~62行是仿序操作，i寄存器用來控制執(zhí)行步驟。開始時，i會根據(jù)h2l_sig或者l2h_sig進(jìn)入不同步驟。當(dāng)檢測到由高到低的電平變化時，i被賦值為1，進(jìn)入步驟“d1”，經(jīng)過10ms后，拉高輸出（rpin_out=1’b1）,然后進(jìn)入步驟“d2”。步驟“d2”會拉低輸出（rpin_out=1’b0），然后回到“d0”。輸出由低到高的電平變化也是采用同樣的步驟原理。//檢查和延時的組合模塊 ，綜合實現(xiàn)每個按鍵的消抖功能。 校時模塊 利用按鍵輸入點評信號，進(jìn)行按鍵校時功能，采取輸入復(fù)位清零方式進(jìn)行歸零，再通過按鍵輸入電平信號進(jìn)行電平觸發(fā)計數(shù)，進(jìn)行增數(shù)計時功能。 模塊功能為修正分鐘和小時時間以及秒鐘的精確調(diào)整清零。由key_in[0]控制調(diào)整分鐘和調(diào)整小時之間的切換，每按一下key_in[3:2]所調(diào)整的計數(shù)器加1，分鐘計數(shù)器滿60清零，小時計數(shù)器滿24清零；秒種的精確調(diào)整清零具體為在正常計時的情況下，長時間按住key_in[1]，即可使秒鐘清零，進(jìn)行精確調(diào)時。 電路供能如下： 校時功能電路 時鐘分頻及掃描模塊設(shè)計時鐘分頻 時鐘分頻主要10k分頻得到1bit的1hz信號time1hz和方波形式1hz的enb1hz，以及200分頻的time50hz的掃描信號。電路由一個10k計數(shù)器和三個譯碼器組成。電路圖和波形如下： 掃描計數(shù)掃描計數(shù)模塊功能主要是對輸入時鐘信號time50hz進(jìn)行累加計數(shù)。其原理電路圖如下： 掃描電路圖 計時選通模塊設(shè)計 計時模塊 計時模塊是對1s的信號源進(jìn)行秒計時，計時滿后向上進(jìn)位的設(shè)計思想。而1s的信號源由分頻器分得的time1hz信號進(jìn)行提供其設(shè)計電路功能圖和流程圖如下： 當(dāng)time1hz進(jìn)行輸入時，秒低位sl采用10進(jìn)制計數(shù)器開始計時計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達(dá)到9時，秒自動向秒高位sh采用6進(jìn)制計時器計時計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達(dá)到5時便自動向分鐘地位進(jìn)位，此時分鐘地位并自動計時計數(shù)，當(dāng)分鐘地位計數(shù)到9時，便自動向分鐘高位進(jìn)位；當(dāng)分鐘高位計數(shù)計到5是便自動向小時地位進(jìn)位，當(dāng)小時地位計數(shù)到9時或者3時，便自動向小時高位進(jìn)位，：59：59時，自動返回00：00：00。這樣便完整的完成一個計時計數(shù)功能。其程序代碼的結(jié)構(gòu)框圖如下： 計數(shù)器流程圖選通模塊 復(fù)用選通模塊的邏輯功能較為復(fù)雜，基本功能有兩個，可以這樣實現(xiàn):當(dāng)處于調(diào)整狀態(tài)時，如果閃爍控制信號(就是enblhz信號，該信號為lhz方波，)為低電平時正常顯示，當(dāng)閃爍控制信號為高電平時數(shù)碼管led滅掉，形成閃爍效果(，)。led熄滅時所有驅(qū)動信號為高(這里假定8段數(shù)碼管共陽連接)，我們可以設(shè)定在顯示譯碼時將數(shù)值439。hf譯碼為全高電平輸因此設(shè)計中可以將數(shù)碼管熄滅期問的定時計數(shù)器的值設(shè)定為439。hf。該模塊另一個為復(fù)用選根據(jù)選通信號sel的值選擇輸出相應(yīng)的定時計數(shù)器值。其電路功能示意圖如下 選通功能電路圖 譯碼顯示及頂層模塊設(shè)計 譯碼顯示塊 顯示譯碼電路就是將復(fù)用后的BCD碼(包括控制led熄滅的值439。hf)譯碼為共陽連接的8段數(shù)碼管顯示驅(qū)動信號。2時鐘延時模塊就是兩組串聯(lián)觸發(fā)器用于補(bǔ)償選通復(fù)用模塊和譯碼模塊造成的對數(shù)據(jù)2個時鐘延時，使數(shù)碼管選通信號led_ sel和數(shù)碼管驅(qū)動信號led_ drv同步。 數(shù)碼管顯示譯碼電路主要用來對實際的二進(jìn)制數(shù)據(jù)裝換為8段數(shù)碼管的實際顯示控制碼，實驗采用兩個2位的8段共陰極數(shù)碼管，數(shù)碼管的顯示方式有兩種:靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。具體如下:靜態(tài)顯示方式:所謂靜態(tài)顯示就是指無論是多少位數(shù)碼管，同時處十顯示狀態(tài)。如圖2. 5所示。