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电子线路设计实验报告多功能数字钟设计
华中科技大学电子线路设计
实验报告
多功能数字钟设计
姓名
学号
班级
一、实验目标:
1、掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程;
2、熟悉EDA软件使用;
3、掌握Verilog HDL设计方法;
4、分模块、分层次数字系统设计
二、实验任务及要求
1、基本功能
准确计时,以数字形式(十二进制)显示时、分、秒的时间
校正时间:时、分 快校与慢校(1Hz与手动)
复位:00:00:00
仿广播电台正点报时 (四高一低)
2、扩展功能:
(1)任意闹钟;
(2)小时为12/24进制可切换
(3)报正点数(几点响几声)
三、实验条件:
DE0 实验板结构与使用方法
quartus软件的使用
FPGA的使用
四、电路设计过程:
1、需求分析
开发背景:数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
2、 实验原理:
用层次化设计的方法以Verilog语言编程实现以下功能:
(1)、具有“时”、“分”、“秒”计时功能;时为24进制,分和秒都为60进制。
(2)、具有校时和清零功能,能够用4Hz脉冲对“小时”和“分”进行调整,并可进行秒清零;实际电路中使用快校时。
(3)、具有整点报时功能。在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号,在59分59秒发出一次高音1024Hz信号,音响持续1秒钟,在1024Hz音响结束时刻为整点。在实际电路中使用LED灯实现四低使用用LED1,高音另一个LED灯显示。
(4)、具有一键设定闹铃及正常计时与闹铃时间的显示转换。闹时时间为一分钟。
3、模块设计分析
整体电路分为两块,主体电路和扩展电路分别实现基本功能和扩展的功能。
(1)、主体电路设计:
(2)时分秒计数器需求分析:
分和秒计数器都是模M=60的计数器 其计数规律为00—01—…—58—59—00…
时计数器:
若采用24小时制:计数器为24进制,其计数规律为 00—01……—02—23—00….
若采用12小时制:计数器为12进制,其计数规律为 01—02……—12—01….
24小时制:当数字钟运行到23时59分59秒时,秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时,数字钟应自动显示为00时00分00秒。
12小时制:当数字钟运行到12时59分59秒时,秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时,数字钟应自动显示为01时00分00秒。
4、逻辑分析:
主体电路由两个60进制计数器、一个24进制计数器、两个二选一数据选择器、分频器,7端译码显示器共7个模块组成。分频器将系统内置的50MHz的信号分成4Hz的信号输出CP,是数字能稳定的在数码管上显示。3个计数器共用一个时钟信号CP,为同步8421BCD码输出的计数器。具体实现如下图:
1 1
EN
MCoM EN SCo EN
校时控制Adj_Hour 校分控制Adj_Min
(adjust_Time) (adjust_Time)
图中连个选择器分别用于选择分计数器和是计数器的使能控制信号。对时间进行校正时,先选择校时模式,在adjust_Time=1时,在控制端(Adj_Hour、Adj_Min)的作用下,使能信号接高电平,此时每来一个时钟信号,计数器加1,从而实现对小时和分钟的校正。正常计时时,使能信号来自每一位的低位计数器的输出,即秒计数器到59秒时,产生一个输出信号(Sco=1)使分计数器加1,分秒计数器同时计到最大值时,产生输出信号(Mco=1)使小时计数器加1。
实现上述功能的Verilog的程序如下:整个程序2分为两个层次4个模块,底层由3个模块组成,即六进制计数模块、十进制计数模块、和24进制计数模块、顶层有一个模块,他调用底
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