【正文】 一開始一點(diǎn)頭緒也沒有，通過查找資料有了初步的認(rèn)識(shí)，在實(shí)際過程中也遇到了很多問題，通過和同學(xué)及老師的交流，一些問題逐步迎刃而解。end if。architecture two of mod_24 is signalhh:std_logic_vector(3 downto 0)。use 。then hhelsif(clk39。yh :out std_logic_vector(3 downto 0)。b1,b2 :in std_logic_vector(3 downto 0)。use 。beginindprocess(ind,s1,s2,s3)beginif(s1=39。end rtl。entity mux_24 is port（d1 :in std_logic_vector(3 downto 0)。y:out std_logic)。architecture arch of mux8 is begin process(d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,sel)begincase sel iswhen “000”=ywhen “001”=ywhen “010”=ywhen “011”=ywhen “100”=ywhen “101”=ywhen “110”=ywhen “111”=ywhen others=yend case。 then case date_in is when “0000”=date_outwhen “0001”=date_outdate_outdate_outdate_outdate_outdate_outdate_outdate_outdate_outdate_outend process。動(dòng)態(tài)顯示模塊：時(shí)間的顯示需要用到8個(gè)數(shù)碼管，其中小時(shí)與分鐘及分鐘與秒之間用數(shù)碼管的一個(gè)g段，在動(dòng)態(tài)顯示方式下，所有的數(shù)碼管對(duì)應(yīng)同一組七段碼，可用VHDL語言實(shí)現(xiàn)正常顯示時(shí)間與鬧鐘時(shí)間的切換模塊： k5=1，切換到正常時(shí)鐘的顯示上 k5=0，切換到鬧鐘的顯示上五、各功能模塊說明及源代碼： 數(shù)碼管顯示電路源程序： ：library ieee。整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊：能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)分秒都為0時(shí)整點(diǎn)報(bào)時(shí)。用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行小時(shí)的顯示，用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分的顯示，用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行秒的顯示校時(shí)模塊：利用按鍵實(shí)現(xiàn)“校時(shí)”、“校分”和“時(shí)、分、秒的清0”功能。當(dāng)然在設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)會(huì)了Multism這個(gè)軟件進(jìn)行仿真，感覺用的挺好的，仿真是數(shù)字電子鐘運(yùn)行的良好。其中每一個(gè)部分都得做到準(zhǔn)確性來保證數(shù)字電子鐘的精確性。當(dāng)正常工作時(shí)將開關(guān)打到2，進(jìn)行正常的計(jì)數(shù)，即校時(shí)時(shí)不影響正常計(jì)數(shù)。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路可以用反饋清零法。 數(shù)字電子鐘的結(jié)構(gòu)圖數(shù)字電路中的時(shí)鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。此外，通過這次的課程設(shè)計(jì)，使得我對(duì)word等應(yīng)用軟件的應(yīng)用能力有了更進(jìn)一步的提高，為以后的工作和日常生活中的應(yīng)用打下了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。但本設(shè)計(jì)電路的缺點(diǎn)是：沒有設(shè)計(jì)校時(shí)電路，即據(jù)該方案進(jìn)行生產(chǎn)得到的產(chǎn)品并無校時(shí)功能；且其只能正點(diǎn)報(bào)時(shí)，而不能報(bào)整時(shí)數(shù)。5顯示器本設(shè)計(jì)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器所輸出的數(shù)字，顯示器有共陽極顯示器和共陰極顯示器兩種，而74LS48譯碼器所對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極（接地）顯示器。完成24進(jìn)制計(jì)數(shù)的電路圖如圖7所示，CD4518的引腳圖如圖8所示。R為可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)R1時(shí)可以得到相應(yīng)頻率的信號(hào)輸出。欲設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，首先應(yīng)該有一個(gè)脈沖源（能夠自動(dòng)的產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)），即為振蕩器；但是一般脈沖源所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的頻率較高，所以，就需要使用分頻器對(duì)其進(jìn)行分頻，從而得到適合用來計(jì)時(shí)的秒脈沖信號(hào)，即頻率為1Hz的秒脈沖信號(hào)；經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號(hào)，再進(jìn)入計(jì)數(shù)器當(dāng)中進(jìn)行計(jì)數(shù)，又由于在計(jì)數(shù)時(shí)，北京時(shí)間規(guī)定60秒為一分鐘，60分鐘為一小時(shí)，24小時(shí)為一天，因此就需要兩個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器和一個(gè)24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)完畢后再經(jīng)過譯碼器進(jìn)行譯碼；最后在顯示器中將累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的形式顯示出來。AD布線：小鍵盤上的星號(hào)；或者shift+ctrl+滾輪 ，后手動(dòng)布線 ——方便修改——分不同層，同時(shí)繞圈，區(qū)分縱橫——同一功能的元件盡量放在一起，尤其是電源，晶振等地方的電容，不然就沒用惹。修改的關(guān)鍵就是延遲時(shí)鐘信號(hào)的到達(dá)，修改方案有加兩級(jí)反相器或者加上一個(gè)電容進(jìn)行延時(shí)，因在調(diào)試的時(shí)候加入反相器過于麻煩，選擇了第二個(gè)方案，即加上一個(gè)電容進(jìn)行延時(shí)。這種交流方式的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然就是交流效率非常高，但是缺點(diǎn)就是如果一次性有太多修改的時(shí)候，尤其是只是更改網(wǎng)絡(luò)名，而沒有更改其他設(shè)計(jì)的時(shí)候，容易被忽視。于是回去之后我就將這兩部分電路單獨(dú)拿了出來，放在了右上方，改正了電路設(shè)計(jì)沒有按功能排在一起的失誤。圖1：main_saved2(排好版)接下來，就是進(jìn)行布線了。比如部分電容的封裝選擇不合適，導(dǎo)致焊接時(shí)接入不便，也影響了電路的美觀，還有校時(shí)電路的濾波電容距離主體較遠(yuǎn)，對(duì)于抖動(dòng)的消除作用很不明顯，另外，定時(shí)電路的撥碼開關(guān)排布也很不方便操作，我們定時(shí)電路撥碼開關(guān)的排布十位個(gè)位順序和表示某位數(shù)字的二進(jìn)制高低位是相反的，導(dǎo)致調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)刻不方便等，這讓我更加深刻地意識(shí)到，電路板的設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷調(diào)整不斷完善的過程，需要考慮到各種實(shí)際情況，才能設(shè)計(jì)出美觀實(shí)用的電路板。在請(qǐng)教過老師之后，老師建議我們?cè)诜抡骐娐分刑砑邮静ㄆ饔^察波形，于是我們?cè)贖11（74191計(jì)數(shù)器的Q1）、H12（74191計(jì)數(shù)器的Q2）、H13（74191計(jì)數(shù)器的Q3）和LD四處防止了示波器探針，并再次執(zhí)行仿真，這一次我們通過觀察波形發(fā)現(xiàn)了問題所在。這是我們需要提高的能力。而我們?cè)谟?jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)時(shí)，置數(shù)電路中只考慮置數(shù)數(shù)字的1信號(hào)，只將1信號(hào)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接至與非門而不考慮0信號(hào)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，是因?yàn)橛?jì)數(shù)是由高到低有順序的，而仿真告訴我們這樣做可能會(huì)在實(shí)際電路中遇到問題；7400和74LS00也說明這個(gè)問題的存在也與不同類型的芯片有關(guān)系。Proteus在繪制出電路原理圖后可以很方便地進(jìn)行仿真，同時(shí)還可以提供激勵(lì)電源和虛擬的示波器，方便我們觀察電路中的時(shí)序變化圖和仿真的波形圖。在學(xué)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)字鐘的顯示是一一分開的，因此每一個(gè)個(gè)位、十位都可以看成一個(gè)單獨(dú)的計(jì)數(shù)器，而不能整體地看成秒鐘和分鐘是60進(jìn)制而小時(shí)是從1計(jì)數(shù)到12的11進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因?yàn)檫@樣不利于數(shù)碼管每一位的顯示，超過9的數(shù)無法通過7段譯碼器使數(shù)碼管有顯示數(shù)值。但多次測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)報(bào)小時(shí)數(shù)的聲音普遍比當(dāng)前的小時(shí)數(shù)少一聲。該電路能夠正常工作。關(guān)閉鬧鐘電路的控制開關(guān)后聲音停止，在同一分鐘內(nèi)，再次打開控制開關(guān)，仍然發(fā)出聲音，當(dāng)分鐘改變時(shí)，聲音停止。檢查電路板電路沒有發(fā)現(xiàn)問題。我們把104的電容換成220uF的電容，使RC電路的時(shí)間常數(shù)在100ms左右，焊接時(shí)注意電容的正負(fù)極。通過校時(shí)、校分按鍵調(diào)節(jié)小時(shí)和分鐘數(shù)合適。將直流電源調(diào)整為10V，按下OUTPUT，電源電路的指示LED燈亮，用萬用表測(cè)量輸出端的電壓，在5V左右，故電源電路正常工作。 開關(guān)控制電路上圖是我們的開關(guān)控制電路，左邊四個(gè)撥碼開關(guān)分別對(duì)應(yīng)小時(shí)的十位，小時(shí)的個(gè)位，分鐘的10位，分鐘的各位，用其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼進(jìn)行控制。⑤定時(shí)控制 定時(shí)控制利用撥碼開關(guān)設(shè)定好定時(shí)的小時(shí)數(shù)和分鐘數(shù)，仿真發(fā)現(xiàn)到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)揚(yáng)聲器開始發(fā)出提示音，聲音持續(xù)一分鐘，更換若干定時(shí)時(shí)間再次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)定時(shí)控制功能都能夠正常實(shí)現(xiàn)。 添加示波器 波形顯示結(jié)合數(shù)碼管顯示發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)字從7將要變成8時(shí)，H13和LD都出現(xiàn)了跳變，H13原本應(yīng)當(dāng)從0狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)并保持一段時(shí)間但實(shí)際上H13從0變?yōu)?后又迅速跳回0，導(dǎo)致電路計(jì)數(shù)器被置0。③畫數(shù)字鐘的主題邏輯電路圖。電路的工作原理是：接通電源后按出發(fā)開關(guān)S，使D觸發(fā)器清零。編碼器：將小時(shí)計(jì)數(shù)器的5個(gè)輸出端Q0按照12翻1的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計(jì)數(shù)器的4個(gè)輸入端DDDD0所需的BCD碼。電路功能要求：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。其中K為校正用的控制開關(guān)。④譯碼、驅(qū)動(dòng)及顯示電路各計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)，并分別從Q0Q3端以BCD碼的形式輸出，譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路是將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器所需要的邏輯并驅(qū)動(dòng)顯示器進(jìn)行顯示。 十進(jìn)制六進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分計(jì)數(shù)器與秒計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)相同。選用555構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)振蕩頻率f0=103Hz，： 555構(gòu)成的振蕩器②分頻器分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，如仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的1kHz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等。振蕩器頻率的精確度及穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。，分為主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分。，完成擴(kuò)展功能：仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)，定時(shí)控制（時(shí)間自定）。②擴(kuò)展功能：仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)，定時(shí)控制（時(shí)間自定）。自行設(shè)計(jì)電路，至少實(shí)現(xiàn)其中兩個(gè)擴(kuò)展功能，電路形式盡可能不與前述電路相同。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。選用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90可以完成上述功能，因?yàn)槊科?/10分頻，3片級(jí)聯(lián)則可以獲得所需要的頻率信號(hào)，即第一片的Q0端輸出頻率為500Hz，第二片的Q3端輸出為10Hz，第三片的Q3端輸出為1Hz。時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)12翻1的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字中運(yùn)行到12時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖后，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)時(shí)規(guī)律。選用LED數(shù)碼管作為顯示器。校正脈沖采用1Hz的秒信號(hào)，當(dāng)K處于圖示位置時(shí)，與非門G1輸出高電平，基本RS觸發(fā)器處于1狀態(tài)，這是數(shù)字鐘正常工作，來自分或秒的進(jìn)位信號(hào)能進(jìn)入時(shí)或分計(jì)數(shù)器。設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分的51秒、53秒、55秒和57秒，最后一聲高音（約1kHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間為1秒，如下表所示： CP（秒）00 Q3S1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0Q2S1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0Q1S1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0Q0S1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0功能 低音 停 低音 停 低音 停 低音 停 高音 停當(dāng)Q3S1=0時(shí)鳴低音，當(dāng)Q3S1=1時(shí)鳴高音。③邏輯控制電路：控制減法計(jì)數(shù)器的清零與置數(shù)，控制報(bào)時(shí)音響電路的輸入信號(hào)。該清零脈沖有兩個(gè)作用，一是使74LS191的置數(shù)端LD’=0，即將此時(shí)對(duì)應(yīng)的小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出的整點(diǎn)時(shí)數(shù)置入74LS191，二是封鎖1kHz的音頻信號(hào)，使音響電路無輸入脈沖而停止發(fā)聲。經(jīng)過聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤和不足，再測(cè)試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計(jì)要求，最后畫出滿足設(shè)計(jì)要求的總體邏輯電路圖。結(jié)合這一現(xiàn)象，我們分析原因?yàn)?，?dāng)H13從0狀態(tài)變成1狀態(tài)時(shí)，HH11和H12也同時(shí)從1狀態(tài)變成0，由于電路的延遲，以及計(jì)數(shù)器采用異步置數(shù)，導(dǎo)致跳變現(xiàn)象的產(chǎn)生。⑥電源電路 電源電路最終設(shè)計(jì)完成的PCB版如下： 電路整體設(shè)計(jì)電路排版的整體設(shè)計(jì)理念是將電源以及指示燈放在右上角，通電的同時(shí)即可檢驗(yàn)電路是否能工作以及電源電路是否正常工作，同時(shí)，將整塊電路中的用戶交互界面，即時(shí)間顯示界面和按鈕操作界面分別置于電路板的上下兩側(cè)，其中，將時(shí)間顯示界面放在最上方，方便觀察和調(diào)試，將按鈕操作界面放在電路板的最下方，方面用戶操作；至于其他的功能模塊，則放在電路板的中間部分，并按功能相關(guān)的原則進(jìn)行排版。SW2是鬧鐘控制電路，其中僅開關(guān)1閉合，鬧鐘打開；僅開關(guān)2閉合，鬧鐘關(guān)閉；開關(guān)1和開關(guān)2同時(shí)斷開，芯片默認(rèn)高電平，鬧鐘打開；開關(guān)1和開關(guān)2同時(shí)閉合，則電源和地會(huì)短路，所以不能同時(shí)閉合。③主體電路的調(diào)試按照原理圖首先安裝CD4060芯片，測(cè)試振蕩電路是否正常。當(dāng)秒到“59”后，兩數(shù)碼管變?yōu)?，同時(shí)分鐘位加1，說明秒到分鐘的邏輯正確。但是改變電容后按鍵短按校時(shí)校分情況并沒有明顯改變。猜測(cè)可能背后接電容和示波器測(cè)波形時(shí)可能有短路等情況發(fā)生導(dǎo)致74LS390燒壞。說明鬧鐘電路正常工作。⑥調(diào)節(jié)仿廣播臺(tái)報(bào)時(shí)功能打開該電路模塊的控制開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)喇叭一直發(fā)出一秒一響的聲音。并且在12→1過程中，小時(shí)數(shù)報(bào)了12聲。另外，整點(diǎn)報(bào)小時(shí)數(shù)電路中通過D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)器和置數(shù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換也值得學(xué)習(xí)。在用Proteus仿真振蕩、分頻電路中，發(fā)現(xiàn)晶振不能起振，在網(wǎng)上查詢發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題很普遍，Proteus仿真振蕩電路是一個(gè)短板，我們可以直接設(shè)置CD4060的振蕩頻率為32768Hz來實(shí)現(xiàn)振蕩電路的觀察，但是此時(shí)仿真會(huì)提示CPU負(fù)載達(dá)到99~100%使仿真時(shí)間與實(shí)際時(shí)間相差非常大，時(shí)間變化得非常慢，并且在示波器上無法顯示波形。調(diào)試過程加深了我對(duì)各個(gè)芯片作用的理解，也積累了調(diào)試和修改電路的經(jīng)驗(yàn)。張晨靖：通過這次實(shí)驗(yàn)，我學(xué)習(xí)了中規(guī)模集成電路如何設(shè)計(jì)制作數(shù)字電路系統(tǒng)，了解了數(shù)字鐘的基本功能和擴(kuò)展功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，學(xué)會(huì)使用protuesISIS軟件進(jìn)行電路的仿真以及仿真出錯(cuò)后怎樣快速尋找問題原因并進(jìn)行修調(diào)，同時(shí)進(jìn)一步熟練了AD軟件的使用和電路板的安裝調(diào)試。當(dāng)0111轉(zhuǎn)換為1000狀態(tài)時(shí)，Q3從0變成1，Q0、2則應(yīng)“同時(shí)”從1變成0，電路中出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，而原本的進(jìn)位信號(hào)是Q3=1，Q0=1，在狀態(tài)改變的過程中出現(xiàn)了7直接進(jìn)位的情況，而我們之前觀察到的的觸發(fā)器輸入沒有變化，輸出卻發(fā)生了變化的現(xiàn)象也找到了原因，是因?yàn)槲覀冮_始觀察電平高低變化的方法無法顯示出電路波形的跳變，即當(dāng)信號(hào)快速變化又快速跳回時(shí)，肉眼是看不到電平有所變化的，而我們采用示波器就可以很明顯地看到這一現(xiàn)象了。另外，我們?cè)谡{(diào)試過程中不斷的發(fā)現(xiàn)問題、