電子時鐘設計實驗報告

摘要數(shù)字邏輯課程設計報告PAGEIVPAGE1可調(diào)節(jié)電子表摘要我們正處在一個信息的時代，事物的發(fā)展和技術(shù)的進步，讓我們享受到了諸多的便利。尤其是電子表，它在我們的生活中無處不在。電子表是內(nèi)部裝配有電子元件的表，一般分液晶顯示數(shù)字式和石英指針式兩種。本次程程設計在Quartus=2\*ROMANII仿真軟件上實現(xiàn)對電子表的設計。學習電子表的設計不僅讓我們撥開了電子表的奧妙，讓我們更加牢固的掌握了74160、74193這一類的計數(shù)器的使用。運用多個74160器件，使之產(chǎn)生模為24、60周期的計數(shù)器，按照一定的關(guān)系量來連接，從而產(chǎn)生進位，產(chǎn)生一個能循環(huán)計數(shù)的正常電子表的功能。再設計一個電子表的調(diào)節(jié)電路圖，以方便調(diào)節(jié)電子表。完成兩部分的封裝，對設計結(jié)果進行驗證，通過輸入數(shù)據(jù)的變化，從而得到所需要的輸出。根據(jù)需要，或正常計時，或設定分鐘和小時，都能得到正確的結(jié)果。關(guān)鍵詞：Quartus=2\*ROMANII，電子表，計數(shù)器，74160，調(diào)節(jié)AdjustableElectronicClockABSTRACTWeareintheageofinformation,thedevelopmentofthingsandtechnicalprogress,letusenjoythemanyconvenience.Especiallyelectronicwatch,it'sinourlifeiseverywhere.Anelectronicwatchisinternalassemblyhaveelectroniccomponentswatch,generalpointsLCDdigitalandquartzpointertypetwokinds.ThisChengChengdesigninQuartusIIsimulationsoftwaretoachievethedesignofelectronicwatch.Thedesignoftheelectroniclearningnotonlyletusthroughthesecretsofthedigitalwatches,letusmoresolidknowledgeof74160,74193thiskindofuseofthecounter.UseDuoGe74160devices,causesittohavethemoldof23,59cycleofcounter,accordingtocertainamounttotherelationshipbetweentheconnection,whichcarryandproduceacyclecountofthenormalcanthefunctionofdigitalwatches.Todesignadigitalwatchtheadjustmentofthecircuitdiagram,withconvenientadjustmentelectronic.Completetwopartofthepackage,thedesignresultswereverifiedthroughthechangeofinputdata,andtheoutputoftheneed.Accordingtotheneeds,ornormaltime,orsetupminutesandhours,cangettherightresult.Keywords:QuartusII,electronicwatch,counter,74160,adjust前言目錄前言 1第1章組成電路的芯片介紹 31.174160芯片 31.1.174160芯片符號 31.1.274160工作原理 3第2章可調(diào)節(jié)電子表的頂層電路 52.1可調(diào)節(jié)電子表的頂層電路與說明 52.1.1可調(diào)節(jié)電子表的頂層電路圖 52.1.2電路說明 5第3章可調(diào)節(jié)電子表詳析 63.1可調(diào)節(jié)電子表 63.2設計原理詳析 83.2.1計數(shù)原理 83.2.2校時電路原理 83.3仿真波形與分析 10第4章LCD液晶顯示器實現(xiàn) 134.1LCD液晶顯示器 134.1.1LCD液晶顯示器源程序 134.1.2LCD顯示器封裝 16第5章下載驗證 17結(jié)論 19謝辭 20參考文獻 21附錄 22前言在這個越來越時間化的社會中，各式各樣的電子表在我們身邊頻出不煩，儼然成為我們里生活里不可或缺的一部分。而液晶電子表更是以其精確、廉價、節(jié)電和款式多樣化的優(yōu)點，廣受青睞，是的精工表的利潤迅速提升，帶動了手表行業(yè)的一場革命。計數(shù)是一種最簡單基本的運算，計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路，計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行計數(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計數(shù)等等。計數(shù)器可以用來顯示產(chǎn)品的工作狀態(tài)，一般來說主要是用來表示產(chǎn)品已經(jīng)完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標在于計數(shù)器的位數(shù)，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數(shù)的計數(shù)器最大可以顯示到999，4位數(shù)的最大可以顯示到9999。本次試驗主要用74160等芯片設計電路圖，設計秒脈沖MCLK和一個手動校正脈沖TMCLK，信號發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號，作為電子表的計時標準。具有“時分秒”的十進制數(shù)字顯示，小時為24進制，分秒為60進制。當正常計數(shù)時，秒脈沖連接到計數(shù)器上，手動脈沖無效，校對時間時，手動脈沖連接到計數(shù)器上，秒脈沖無效。該電子表只對分鐘和小時進行校正，可以在任意時間調(diào)節(jié)時間,在任意時間按下復位鍵，可將電子表復位清零。本文主要通過讓學生根據(jù)資料利用74160及一些邏輯部件實際的制作液晶電子表，實際的繪制可調(diào)電子表的電路圖，并牢牢掌握電子表的電路校對原理，也簡單的設計了技術(shù)及硬件語言VHDL,并對電路圖和VHDL進行簡單的封裝，并通過驅(qū)動程序驗證其可行性。通過本設計使學生加深對課程內(nèi)容的理解，并達到下列幾個目的：掌握數(shù)字系統(tǒng)工作原理和數(shù)字系統(tǒng)設計方法。掌握74160（或74193）這一類計數(shù)器的廣泛使用。3．熟練掌握仿真軟件和實驗開發(fā)板的使用方法。4．提高學生獨立分析問題和解決問題的能力、綜合設計及創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生實事求是、嚴肅認真的科學作風和良好的實驗習慣。5．培養(yǎng)動手能力，發(fā)現(xiàn)和選拔人才。第1章標題第1章組成電路的芯片介紹1.174160芯片1.1.174160芯片符號圖1-11.1.274160工作原理74160是十進制計數(shù)器當計數(shù)到1001時，輸出進位RCO=1。ENT和ENP為使能端，正常工作時為1。CLRN為清零端，低電平有效。LDN低電平有效，CLK為輸入工作信號。ENPENTLDNCLRNCLK功能1111上升沿正常計數(shù)××01上升沿同步設初態(tài)0111×保持RCO=1進位×011×保持RCO=0×××0×異步清0表1-174160功能電子表的設計過程中分別有實現(xiàn)秒、分、小時的功能：秒功能是由兩個74160構(gòu)成模六十來實現(xiàn)的，當每滿六十秒時向分鐘進位。同樣分功能也是由兩個74160構(gòu)成模六十來實現(xiàn)的。小時功能是由兩個74160構(gòu)成模二十四來實現(xiàn)的，當每滿二十四小時時清零。其中應注意的是小時進位的產(chǎn)生由分和秒共同控制的。REF_Ref168484390\r\h錯誤！未找到引用源。REF_Ref168484424\h錯誤！未找到引用源。PAGE6PAGE5第2章可調(diào)節(jié)電子表的頂層電路2.1可調(diào)節(jié)電子表的頂層電路與說明2.1.1可調(diào)節(jié)電子表的頂層電路圖圖2-1可調(diào)節(jié)電子表的頂層電路圖2.1.2電路說明如上圖2-1所示，RESET為復位按鈕，正常工作時為1，摁下去之后RESET為0，電子表全部清零；K0、K1，是用來實現(xiàn)對電子表的調(diào)節(jié)，能調(diào)節(jié)分鐘和小時。第3章REF_Ref168484495\h錯誤！未找到引用源。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）PAGE12第3章可調(diào)節(jié)電子表詳析3.1可調(diào)節(jié)電子表圖3-1可調(diào)節(jié)74160的時鐘圖3-2可調(diào)節(jié)時鐘的調(diào)節(jié)電路圖上圖3-1與3-2封裝后即為頂層電路里的shizhong3.2設計原理詳析3.2.1計數(shù)原理正常工作時K1K0為00或者11，工作脈沖為MCLK連接到計數(shù)器上，手動脈沖TCLK無效。RESET為1。CLRN=1清零端無效。秒低位片,當M3M2M1M0=1001時，RCO=1產(chǎn)生進位，使秒高位ENT、ENP都為1，正常工作。當M6M4M3M0=1111時（表示時間為59秒），MLDN=0輸出端清零；TFEN為分鐘低電位片的使能端，正常工作下K1K0=11或00，（由此可看出只有時間為59秒下一個上升沿到來時分鐘才變化一次），分鐘的脈沖信號FENCLK=MCLK，TFLDN=FLDN=（由此可看出只有當時間為59分59秒下一個上升沿到來時分鐘才清零，同時結(jié)合以下文字可看出小時也加一），；當M6M4M3M0=1111時，MLDN=0，秒產(chǎn)生進位，使分鐘加1；TSEN為小時的使能端，正常工作下TSEN==，小時的脈沖信號為SHICLK=MCLK，TSLDN=SLDN=，SEN=1時，小時開始加1。且當S5S1S0=111，F(xiàn)6F3.2.2校時電路原理(1)只對分鐘和小時校正。(2)設置秒脈沖MCLK和一個手動校時脈沖TCLK。(3)當正常計數(shù)時，秒脈沖連接到計數(shù)器上，手動脈沖無效。(4)當校時時，把手動脈沖連接到計數(shù)器的相應位上，使秒脈沖無效。(5)當手動脈沖有上升沿時，相應的位加1，其它位照常計數(shù)，不受校時手動脈沖影響。(6)設置2個功能選擇按鈕，實現(xiàn)下表的功能。表3-1校正原理功能表k0k1功能FENCLKTFENSHICLKTSEN00①正常計數(shù)MCLKFENMCLKSEN01②調(diào)節(jié)分鐘TCLK1MCLKSEN10③調(diào)節(jié)小時MCLKFENTCLK111④正常計數(shù)MCLKFENMCLKSEN以上4個功能的說明如下：①④正常計數(shù)：時鐘全部是秒脈沖，使能端分別是FEN、SEN②調(diào)節(jié)分鐘：分鐘時鐘是手動脈沖，分鐘使能端分別是1。小時正常計數(shù)。③調(diào)節(jié)小時：小時時鐘是手動脈沖，小時使能端分別是1。分鐘正常計數(shù)。調(diào)節(jié)按鈕電路公式：(7)某位調(diào)節(jié)到最大值時候，不向高位進位，執(zhí)行清零：調(diào)節(jié)分鐘到59后，TFLDN=0使分鐘清零。調(diào)節(jié)小時到23后，TSLDN=0使小時清零。清零公式：正常計數(shù)時，，TFLDN=FLDN，TSLDN=SLDN3.3仿真波形與分析(1)秒鐘計數(shù)圖3-3秒鐘計數(shù)仿真波形59秒后，下一上升沿進行清零，同時分加1。(2)分鐘計數(shù)圖3-4分鐘計數(shù)仿真波形59分59秒后，下一上升沿進行清零，同時時加1.(3)小時計數(shù)圖3-5小時計數(shù)仿真波形23時59分59秒后，下一上升沿進行清零。(4)分鐘可調(diào)圖3-6分鐘可調(diào)仿真波形當K0為1，K1為0時對分鐘進行調(diào)節(jié)。(5)小時可調(diào)圖3-7小時可調(diào)仿真波形當K0為0，K1為1時對小時進行調(diào)節(jié)。(6)復位復位圖3-8復位功能仿真波形當RESET為0時，時分秒全部清零。第3章REF_Ref168484495\h錯誤！未找到引用源。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）PAGE16第4章LCD液晶顯示器實現(xiàn)4.1LCD液晶顯示器4.1.1LCD液晶顯示器源程序libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entityXIANSHIDZBisPort(Clk:instd_logic;--狀態(tài)機時鐘信號，同時也是液晶時鐘信號R0,R1,R2:instd_logic_vector(7downto0);rs:bufferstd_logic;rw:outstd_logic;--液晶讀寫信號en:outstd_logic;--液晶使能信號Clk_Out:bufferstd_logic;--除輸出的秒脈沖d:bufferstd_logic_vector(7downto0));--LCD的數(shù)據(jù)線endXIANSHIDZB;architectureBehavioralofXIANSHIDZBistypexianshiisarray(0to31)ofstd_logic_vector(7downto0);--顯示緩沖signalqx:xianshi:=((others=>"00100000"));typestateis(clear,ids,dlnf,dcb,ddram1,outdata1,ddram2,outdata2);--ddram2,signalCount:std_logic_vector(15downto0);signalLCLK_OUT:std_logic;signalCounts:integerrange0to3000000:=0;--;std_logic_vector(22downto0);signalCurrent_State:state;signaltempa:std_logic_vector(4downto0):="00000";beginprocess(Clk_Out,clk)秒脈沖beginif(rising_edge(clk))thenCounts<=Counts+1;if(Counts=3000000)then--10000000是1秒Clk_Out<=notClk_Out;endif;endif;endprocess;qx(2)<="0011"&R0(7DOWNTO4);qx(3)<="0011"&R0(3DOWNTO0);qx(5)<="00111010";--:qx(7)<="0011"&R1(7DOWNTO4);qx(8)<="0011"&R1(3DOWNTO0);qx(10)<="00111010";--:qx(12)<="0011"&R2(7DOWNTO4);qx(13)<="0011"&R2(3DOWNTO0);process(Clk,LClk_Out)--LCD用脈沖--LClk_Out,6msbeginif(rising_edge(clk))thenCount<=Count+1;if(Count=0)thenLClk_Out<=notLClk_Out;endif;endif;endprocess;en<=LClk_Out;process(LClk_Out,Current_State)--液晶驅(qū)動控制器beginifrising_edge(LClk_Out)thenrs<='0';--寫指令 rw<='0'; caseCurrent_Stateis whenclear=> d<="00000001";--01H,清屏 Current_State<=dlnf; whendlnf=> d<="00111000";--38H--5*7 Current_State<=ids; whenids=> d<="00000110";--06H:ltor Current_State<=dcb; whendcb=> d<="00001100";--0cH Current_State<=ddram1;--準備寫入地址 whenddram1=> --顯示第一行 d<="10000000"+tempa(3downto0); Current_State<=outdata1;--ddram2; whenoutdata1=> rs<='1'; d<=qx(conv_integer(tempa)); tempa<=tempa+1; iftempa="10000"then Current_State<=ddram2; else Current_State<=ddram1; endif; whenddram2=>--顯示第2行 d<="11000000"+tempa(3downto0); Current_State<=outdata2; whenoutdata2=>RS<='1'; d<=qx(conv_integer(tempa)); tempa<=tempa+1; iftempa="00000"then Current_State<=ddram1; else Current_State<=ddram2; endif; whenothers=>null; endcase; endif;endprocess;endBehavioral;4.1.2LCD顯示器封裝LCD顯示器源程序封裝后即為頂層電路中的XIANSHIDZB，如圖4-1所示。圖4-1VHDL封裝圖第3章標題PAGE8PAGE18第5章下載驗證（1）安裝驅(qū)動程序先把實驗板接好，然后：我的電腦→屬性→硬件→設備管理器。自動搜索出一個設備。到安裝路徑下找到“USB-Blaster”。（2）下載設置器件：選菜單Assignments→Device，打開。共有10個步驟：選Cycloneii，選EP2C5T144C8①②②①②③打開選項卡Dual-PurposePins④Useasregulari/o③③④⑤⑥如圖所示。⑥⑤⑥⑤⑦設置引腳⑦⑦再⑤⑧下載：選Tools→Programmer，進入下一步。⑧⑧⑧⑨連接下載器：按HardwareSetup,在彈出窗口中選USB-Blaster⑨⑩⑩⑨⑩⑩REF_Ref168484640\r\h錯誤！未找到引用源。REF_Ref168484646\h錯誤！未找到引用源。PAGE20結(jié)論設計中讓我們甚了解到，計數(shù)器這一類器材的使用。計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中用的較多的基本邏輯器件，它的基本功能是統(tǒng)計時鐘脈沖的個數(shù)，即實現(xiàn)計數(shù)操作，它也可用與分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。例如，計算機中的時序發(fā)生器、分頻器、指令計數(shù)器等都要使用計數(shù)器。計數(shù)器的種類很多。按構(gòu)成計數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按進位體制的不同，可分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和任意進制計數(shù)器；按計數(shù)過程中數(shù)字增減趨勢的不同，可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；還有可預制數(shù)和可編計數(shù)器等等。通過實際的動手設計電子表，讓我們更加牢固的掌握知識與技巧，了解器材和工具更深層的運用。設計原理圖，并用Quartusii完成原理圖繪制，通過封裝原理圖，將一個龐大的電路圖，壓縮成一個簡單的器件，更方便了運用。編寫VHDL程序，讓我們知道了硬件的奧妙，封裝VHDL形成一個簡單的器件，便于使用。通過本次課設深刻體會到面對頻發(fā)的錯誤，一定不能急躁，我們要保持一顆平靜的心，對錯誤進行耐心的查找與調(diào)節(jié)。對不懂的問題虛心請教老師和同學。此次試驗更讓我認識到自己動手能力的不足，相信通過多次的試驗，動手能力一定會有所加強?？偠灾敬卧O計受益匪淺。結(jié)論謝辭通過本次設計，我深刻領會到學術(shù)研究的嚴謹性、規(guī)范性和科學性，我們要始終堅持嚴肅嚴謹?shù)膶W習態(tài)度。此次電子表設計不僅培養(yǎng)了我們不驕不躁，始終堅持的信念，也提高了我們的綜合能力。本次設計的順利完成，離不開各位老師、同學、朋友的支持、幫助。鄒紅文老師和楊倩薇、張靜等同學的幫助，在整個設計過程中都給予了我鼓勵和支持，大家能夠在一起討論與分析，不但能夠加深理解，也更能夠了解更多的知識，領悟更深的層面。在同學的幫助，也有老師的細心指導下，我才能掌握了知識，增加了我們的動手經(jīng)驗。掌握了基本的研究方法、開拓了思路，逐漸形成了的自主學習能力。同時也是老師和學校給了我們良好的學習氛圍和人文環(huán)境，讓我們有這個機會可以增強動手能力，可以提高我們的學習水平。參考文獻PAGE22參考文獻[1]歐陽星明，數(shù)字邏輯[M].武漢:華中科技大學出版社,2009[2]周潤景,圖雅,張麗敏.基于Quar