eda(ii)實驗報告基于quartus_ii_設計多功能數(shù)字鐘(編輯修改稿)
2024-12-16 08:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 進行整點報時鳴叫。 附加功能 1：具有顯示星期的功能。 附加功能 2：具有快速校星期的功能。 三、設計思想以及原理 本次實驗，我在縱向采用自頂而下的設計思想，就是按照先設計輸入，編譯，仿真，下載調(diào)試的設計流程進行；在橫向采樣分模塊設計的思想，按照功能要求分別獨立地設計各個功能子模塊，最后將所有模塊組合在一起。 模 6 0 ， 模 2 4 ， 模 7計 數(shù) 器B C D 譯 碼 輸 出 顯 示（ 動 態(tài) 掃 描 ）整 點 報 時頻 率 產(chǎn) 生電 路校 分 ， 校 時 ， 校星 期 ， 停 止 ， 清零 電 路1 H Z1 K H Z消 顫 電 路1 K H Z5 0 0 H Z2 H Z 圖 1. 總體設計原理 四、設計內(nèi)容 （ 1）、分頻電路的設計 由于該實驗的實驗箱上提供的是 48MHZ 的時鐘頻率，但是在設計過程中，為了滿足功能的需求，我們至少需要用到如下幾種頻率： 1HZ（正常計數(shù)）； 2HZ（快速校分，校時，校星期）； 1KHZ（動態(tài)掃描以及整點鳴叫）； 500HZ（報時需要）。所以對于 48MHZ 我們需要進行分頻處理，可以按照下面的思路進行分頻以得到所需要的頻率，將 48MHZ 分成由 6 分頻， 1000 分頻以及 2 分頻組成，則 1HZ 可以由 48MHZ/（ 6*2*2*1000*1000*2）得到； 2HZ 可以又 48MHZ/（ 6*2*2*1000*1000）得到； 500HZ 可以由 48MHZ/（ 6*2*2*1000*2*2）得到；1KHZ 可以又 48MHZ/（ 6*2*2*2*1000）得到。所以只需要獨立設計各個小分頻電路，然后由這些電路組合就可以得到所需要的頻率了。 圖 2. 分頻電路設計思想 6 分頻電路 6 分頻電路的設計方案比較多，在比較幾種方案后，我選擇了直接用 74160的 QC 輸出端作為進位信號。因為只 有一個信號作為進位信號會更加的可靠。反之，如果用多個信號組合成進位信號，則會可能產(chǎn)生毛刺，使實際得到的分頻數(shù)不為 6 分頻。最后影響整個數(shù)字鐘的工作。 電路圖如下： 圖 3. 6 分頻電路原理圖 其仿真結(jié)果如下： 圖 4. 6 分頻仿真波形 集成后 : 圖 5. 6 分頻封裝模塊 2 分頻電路 利用 D 觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)特性可以很容易得到而分頻電路。電路原理圖如下： 圖 6. 2 分頻電路原理圖 仿真結(jié)果如下： 圖 7. 2 分頻仿真波形 集成后： 圖 8. 2 分頻封裝模 塊 1000 分頻電路 1000 分頻可以由 3 個 10 分頻級聯(lián)形成，所以先設計 10 分頻，同樣取最高位 QD 作為輸出進位信號，這樣會使得到的分頻數(shù)為準確的 10 分頻。 10 分頻的設計電路如下： 圖 9. 10 分頻電路原理圖 其仿真結(jié)果如下： 圖 10. 10 分頻仿真波形 集成后： 圖 11. 10 分頻封裝模塊 最后將 3 個 10 分頻級聯(lián)就可以得到所需要的 1000 分頻了。 圖 12. 1000 分頻電路原理圖 集成后的 1000 分頻如下： 圖 13. 1000 分頻封裝模塊 最后將集成后的各個分頻模塊進行組合，就可以得到所需要的各種頻率了 圖 14. 最終分頻器的電路組合圖 集成后 : 圖 15. 集成后的總分頻電路 （ 2）、計時模塊的設計 計時模塊是指數(shù)字鐘具有秒，分，小時和星期的計數(shù)功能，其中秒位和分位為 60 盡職，校時為 24 進制，星期為 7 進制計數(shù)。即當秒位記到 59 時候，向分位進位，一次類推。故計數(shù)模塊的核心是設計 60 進制， 24 和 7 進制的計數(shù)循環(huán)器。我采用 74160 進行設計， 74160 具有同步置數(shù)和異步清零的功能，故循環(huán)計數(shù)可以有清零法和置數(shù)法，在這里我采用的是置數(shù)法。 模 60 計數(shù)器 圖 16. 模 60 計數(shù)器電路原理圖 其中在個位計到 9，十位計到 5 的時候，進行同步置數(shù)，同時送出進位信號，在下一個時鐘周期回復到 0。 在這里，先對清零信號，保持信號以及快速校對時間時鐘信號進行了接口預處理，因為要求輸入為高電平有效，但是清零和保持對于計數(shù)器的要求為低電平，所以先用非門進行預處理，以便集成后在之后設計清零；保持和快速校分和快速校時的防消顫電路其他外圍電路的時候更加的方便。 圖 17. 保持 ,清零信號接口非門預處理 圖 18. 校分電路工作原理 上圖是一個為快速校分 提供控制信號輸入接口的電路，即 k1，當 k1 有效（高電平），則 2HZ 有效，進入快速校分的環(huán)節(jié)（完整校分電路在下面可出），如果k1 無效，則正常計數(shù)。（完整的校分，校時，校星期電路見下面介紹校對時間的對應電路）。 其仿真結(jié)果如下（其余信號初始化為低電平）： 圖 19. 模 60 計數(shù)器仿真波形 在上圖中可以發(fā)現(xiàn) ,當計數(shù)器計到 59 的時候 ,在下一個時鐘的上升沿的時候輸出一個上升沿跳變 ,作為進位信號。 集成后： 圖 20. 模 60 計數(shù)器集成后模塊 模 24 計數(shù)器 設計思想和 60 進制完全一樣，只需在置數(shù)要求上 進行修改即可。同樣
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