【文章內(nèi)容簡介】 C 輸出都 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 17 頁 共 27 頁 為 1，經(jīng)過一個與非門后一路經(jīng)反相后送入或非門的一個輸入端，輸出送往計數(shù)器的清零端 RD 使秒計數(shù)器清零，另 一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入秒十位計數(shù)器的脈沖輸入端。 秒十位計數(shù)器 ： 在這里 74LS161 被接成六進(jìn)制計數(shù)器，接法與秒個位計數(shù)器相同，秒個位計數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入秒使位計數(shù)器的脈沖輸入端，使其按二進(jìn)制自然序依次遞增 1， QA、 QB、 QC、 QD 端輸出為 0000、 000 00 001 0100、 0101，當(dāng)輸出為 0110 也就是 6 時， QB、 QC 輸出為 1， QA、 QD 輸出為 0， QB、 QC經(jīng)過一個與非門后一路先送往秒十位計數(shù)器的清零端，然后取反接或非門的另一個輸入端后送入秒個位計數(shù)器的清零端，將整個 秒計數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入分個位計數(shù)器的脈沖輸入端 分計數(shù)器的連接方法與秒計數(shù)器相同，分計數(shù)器向時計數(shù)器送進(jìn)位脈沖。秒、分的六十進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成如圖所示： 圖 計數(shù)及顯示實驗電路圖 其程序代碼如下 : 。定時中斷處理程序： TIME: PUSH ACC 。保護(hù)現(xiàn)場 PUSH PSW MOV TL0,0B4H 。賦定時初值 MOV TH0,3CH INC 20H 。 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 18 頁 共 27 頁 MOV A,20H CJNE A,20,RETI1 MOV 20H,00H 。一秒鐘時間到 MOV A,21H ADD A,01H DA A MOV 21H,A CJNE A,60H,RETI1 MOV 21H,00H 。一分鐘時間到 MOV A,22H ADD A,01H DA A MOV 22H,A CJNE A,60H,RETI1 MOV 22H,00H 。一小時時 間到 ○ 2 74LS161 構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器 ： 二十四進(jìn)制計數(shù)器，也是用兩個 74LS161 集成塊來實現(xiàn)的，方法與二十四進(jìn)制計數(shù)器大同小異，但其要求個位是十進(jìn)制，狀態(tài)變化在 0000～ 1001 間循環(huán)，十位是二進(jìn)制，狀態(tài)變化在 0000～ 0010 間循環(huán)，顯示為 0~23 時。 原理：由分計數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入時個位計數(shù)器，電路在分進(jìn)位脈沖的作用下按二進(jìn)制自然序依次遞增 1，當(dāng)計數(shù)到 24，這時小時個位輸出 0100（也就是 4），小時十位輸出 0010（也就是 2），小時十位計數(shù)器 只有 QC 端有輸出，小時個位計數(shù)器只有 QB 端有輸出，將 QC、 QB 端接一個二輸入與非門，與非門輸出一路先送入十位計數(shù)器的清零端然后取反送入或非門的另一個輸入端，輸出接小時個位計數(shù)器的清零端，其每 10小時清零并向小時十位計數(shù)器送進(jìn)位脈沖，當(dāng)十位輸出為二，小時個位輸出為四時，將整個電路清零，另一路取反后作為星期進(jìn)位脈沖送入星期顯示電路的脈沖輸入端，完成 24小時的顯示及向星期電路送星期進(jìn)位脈沖的功能。二十四進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成如圖所示： 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 19 頁 共 27 頁 圖 鬧鈴功能 （一分鐘整點報時） 其電路圖如下： 圖 鬧鈴功能 電 日歷系統(tǒng)（星期顯示） 74LS48 的內(nèi)部邏輯入圖所示 ： 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 20 頁 共 27 頁 圖 為顯示星期，本實驗只用到前面的七中狀態(tài)，只要滿足 ，則可以正顯示從星期一到星期日。用 74LS290 做一 個七進(jìn)制的加法計數(shù)器，將時的十位的進(jìn)位脈沖接到顯示星期的 74LS290 的輸入脈沖就可以了。 電路圖如下 ： 圖 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 21 頁 共 27 頁 數(shù)字鐘總電框 圖 如下圖所示： 圖 根據(jù)實驗原理，將所需要的各部分做好，在將起接在一起就得到了所需的電路圖。如下圖所示： 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 22 頁 共 27 頁 圖 總電路圖 其程序代碼如下 : MOV A,23H CJNE A,24H,RETI1 MOV 23H,00H 。到時間達(dá)到 24小時 ,清零 . RETI1: POP PSW ?；謴?fù)現(xiàn)場 RETI 。中斷返回 ? NOP 。顯示子程序 DISP: ANL 2FH,10H 。處理小數(shù)點 MOV A,21H 。處理秒 21H2DH,2EH MOV A,22H 。處理分鐘 22H2CH,2DH MOV A,23H 。處理小時 23H2AH,2BH MOV R0,2FH 。顯示偏移量 MOV P0,a 。送顯示 MOV R2,80H 。延時 DJNZ R3,LOOP1 。循環(huán)顯 示 TABLE: db 28h,7eh,0a2h,62h,74h,61h,21h 。不帶小數(shù)點 DB 7ah,20h,60h,00,00,00,00,00,00 DB 8H,5eH,82H,42H,54H,41H,1H,5aH 。帶小數(shù)點 DB 00H,40H,00,00,00,00,00,00 。按鍵判斷程序 JZ RETX 。無鍵按下則返回 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 23 頁 共 27 頁 JZ RETX 。鍵盤去抖動。 MOV R6,A 。將鍵值存入 R6。 JNZ LOOP2 。等待鍵釋放 ANKEY: CLR EA 。關(guān) 中斷 LX: MOV A,R6 JB ,L1 。是功能鍵轉(zhuǎn) L1 JB ,L2 。是確認(rèn)鍵轉(zhuǎn) L2 JB ,L3 。是減 1鍵轉(zhuǎn) L3 JNB ,L12 。不是增 1鍵，轉(zhuǎn) L12 JB ,L6 。判斷使哪一位（時、分、秒）的值加 1 LCALL KEY 。判斷有無鍵按下。 L2: MOV 25H,00H 。確認(rèn)鍵處理程序 L3: JB ,L61 。增一鍵處理程序 L1: MOV A,25H 。功能鍵處理程序 LB1: MOV 25H,01H 。25H 單元是標(biāo)志位，（ 25H） =01H 調(diào)節(jié)時單元的值 LB3: MOV 25H,04H 。25H 單元是標(biāo)志位，（ 25H） =01H 調(diào)節(jié)秒單元的值 LB2: MOV 25H,02H 。25H 單元是標(biāo)志位，（ 25H） =01H 調(diào)節(jié)分單元的值 L6: MOV A,23H 。時加一 L8:MOV A,22H 。分加一 L9: MOV A,21H 。秒加一 ADD A,01H DA A 4 系統(tǒng)仿真 該電子鐘 對源程序進(jìn)行編譯 ， 自動地把 VHDL 描述轉(zhuǎn)變成門級電路 ， 進(jìn)而完成各種測試工作。 軟件平臺 自動對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行編譯 ，檢查 連接 ， 給出錯誤報告并進(jìn)行邏輯綜合 ， 同時將產(chǎn)生編程文件和用于時序仿真用的輸出文件 ， 最后給出實現(xiàn)此項目最適合的器件。經(jīng)過編譯 ， EDA 軟件平臺報告電路 連接沒有錯誤 。 仿真圖 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 24 頁 共 27 頁 圖 頂層設(shè)計仿真圖 由圖可知，當(dāng)遇到上升沿時發(fā)一個信號，在高電位時有效，而在低電位時無效 。 在遇到上升沿時計數(shù)器進(jìn)位加一，當(dāng)計數(shù)器不為零時不發(fā)信號，只有當(dāng)計數(shù)器為零 時才 發(fā)一個信號 。 單片機(jī)時間基準(zhǔn)振蕩電路中振蕩晶體頻率的選擇必須要和程序中的時間基準(zhǔn)相一致，也就是說要采用振蕩頻率為 12M 的振蕩晶體，否則若采用了 的振蕩晶體就會使得單個振蕩周期變長，故而使單個時間間隔變長，最終會導(dǎo)致實際上的電子鐘走時變“慢”。 由于單片機(jī)處理數(shù)據(jù)過程中要響應(yīng)中斷等原因，而中斷服務(wù)程序所花費的時間必須在中斷返回后在計時單元中扣除掉，否則實際上制作出來的電子鐘會變“慢”。在本次程序設(shè)計中將中斷服務(wù)程序所花費的時 間直接從定時間隔 (50ms) 中扣除，也就是說將定時間隔設(shè)置得比 50ms 小一些，必須不斷地通過軟件調(diào)試該時間間隔，這樣才能使得電子鐘的走時誤差達(dá)到最小。在調(diào)試每個數(shù)碼管的發(fā)光時間時，必須反復(fù)修改程序中的給定的時間，直到整體上的顯示效果較好，不會有閃爍的現(xiàn)象產(chǎn)生。 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 25 頁 共 27 頁 圖 數(shù)字鐘計數(shù)器仿真圖 本設(shè)計中，由定時器 T0 每 50ms 一次中斷產(chǎn)生時鐘基準(zhǔn)，中斷服務(wù)程序中校正了中斷產(chǎn)生的誤差。主程序中循環(huán)調(diào)用顯示程序完成顯示。顯示初始為： 12－ 00－ 00。沒有功能鍵。顯示部分采用 7 片 74LS161 級聯(lián)控制，由單片機(jī)的 p 向顯示器發(fā)出數(shù)據(jù)。顯示格式為： XX－ XX－ XX，分別代表小時，分鐘，秒 ， 為 24 小時制。仿真效果如 上 圖 .。 調(diào)試 優(yōu)化 （ 1）單片機(jī)時間基準(zhǔn)振蕩電路中振蕩晶體頻率的選擇必須要和程序中的時間基準(zhǔn)相一致，也就是說要采用振蕩頻率為 12M的振蕩晶體，否則若采用了 的振蕩晶體就會使得單個振蕩周期變 長，故而使單個時間間隔變長，最終會導(dǎo)致實際上的電子鐘走時變“慢”。在本次程序設(shè)計中將中斷服務(wù)程序所花費的時間直接從定時間隔 (50ms) 中扣除，也就是說將定時間隔設(shè)置得比 50ms 小一些，必須不斷地通過軟件調(diào)試該時間間隔，這樣才能使得電子鐘的走時誤差達(dá)到最小。 （ 2）在調(diào)試每個數(shù)碼管的發(fā)光時間時，必須反復(fù)修改程序中的給定的時間，直到整體上的顯示效果較好，不會有閃爍的現(xiàn)象產(chǎn)生。 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 26 頁 共 27 頁 5 結(jié)束語 此次基于數(shù)字式電子鐘的設(shè)計與制作的獨特之處在于采用了動態(tài)顯示的形式，將 6 個數(shù)碼管串聯(lián)起來，這一點與一般的電子鐘采用靜 態(tài)顯示的方法不同，這樣的設(shè)計使得單片機(jī)的管腳得到了充分的利用，也使得本設(shè)計中的電路顯得小巧，省去了相應(yīng)的芯片，節(jié)約了成本。本系統(tǒng)基本的實現(xiàn)了時鐘計時、顯示、鬧鐘及溫度和電壓測量及過欠壓頻率的測量。實際運行效果良好，并可進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展。 通過為期 兩 周的課程設(shè)計，我順利完成了 計算機(jī)組成原理課中基于流水技術(shù)構(gòu)成的模型機(jī)的設(shè)計與實驗的 課程設(shè)計。在這次 課程 設(shè)計中，非常感謝課程設(shè)計老師 蔡老師 的指導(dǎo)，在 蔡 老師的身上學(xué)到的不僅僅是知識的層面，更重要的是他追求知識的熱情，還重要的是他對學(xué)生的尊重和關(guān)愛，卻又不失老師本身工作 的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，他的工作作風(fēng)以及對生活的態(tài)度讓我受益匪淺。 最后，感謝 蔡 老師給予我們很多方面的指導(dǎo)和幫助，謝謝同學(xué)的相互幫助，感謝有了這些，我才能很好的順利的完成我的這次課程設(shè)計。 鄒其昌 基于 VHDL 的數(shù)字電子鐘的實現(xiàn)與設(shè)計 第 27 頁 共 27 頁 參考文獻(xiàn) [1] 孫裕晶，沙玲，趙紅霞 .實用控制系統(tǒng)設(shè)計教程 [M].長春：吉林大學(xué)出版社，2020. 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