时间测量系列-电子钟原理及相关实验报告册【必威体育精装版】.docx

实验名称: 电子钟原理及相关实验实验日期: 2010年9~12月实验地点: H物理楼实验成员: 罗伟杰 08300190062陈骏 08300190058 实验指导老师:苏卫锋乐永康实验目的: 通过学习电子钟数字逻辑电路的一般工作原理, 通过模拟搭建和实物搭建具体的电子钟数字电路, 掌握并且巩固基本的数字电路设计和搭建技能,为日后科研过程中设计, 搭建和修理”电子仪器的硬件模块”打下基础. 通过学习相关可编程模块的编程原理, 通过设计和优化能实现电子钟相关功能的程序代码, 掌握并且巩固c语言和类c语言应用层语言的编程能力, 以适应当今可编程逻辑器件的广泛应用, 为日后科研过程中设计和优化”电子仪器的软件模块”打下基础. 实验描述:电子钟作为最基本的电子仪器, 主要可以通过利用两种不同的方式来实现. 一种是利用基本门电路组合搭建电子钟的数字逻辑电路, 一种是利用可编程逻辑器件, 通过载入预先设计好的程序, 让可编程逻辑器件实现电子钟功能.电子钟的除了基本的计时功能外, 还可以根据设计者的创意, 合理添加一些方便日常使用的功能(如: 暂停, 清零, 调整, 闹钟等), 当然, 电子钟实现不同的逻辑功能需要不同的数字电路或程序代码, 然而, 电子钟实现相同逻辑功能却未必需要相同的数字电路或程序代码.本实验仅仅通过用具体数字电路和具体程序代码设计出具有具体功能的电子钟, 以作演示. 用基本门电路组合搭建电子钟的实验描述: 本实验的电子钟数字逻辑电路主要包括三个部分: 数字显示模块,从有源晶振中获取具有特定周期的时钟脉冲CP信号的分频模块, 由两个60进制同步计数器和一个24进制同步计数器串联而成的计数模块. 该三大电路模块是数字逻辑学的三个核心内容---“组合数字逻辑电路”, “基本型异步时序逻辑电路”, “同步时序逻辑电路”的典型实际应用. 本实验遵循开发数字逻辑电路的一般过程: 首先分析电路模块的逻辑功能, 然后利用仿真软件模拟搭建电路模块并且检验其逻辑功能, 最后实物搭建, 将数字电路实体化.模块的设计一般遵循”功能的分解和合成”的路线, 从最基本的4种门电路---与门, 或门, 非门, 异或门组合构建成具有简单功能的小型模块, 在小型模块的基础上再组合构建具有复杂功能的大型模块. 本实验利用Xilinx Foundation 仿真软件对电子钟的数字逻辑电路进行预搭建和逻辑功能的检验, 使用仿真软件的目的是方便电路设计并且模拟电路搭建, 通过虚拟实验增加”实验”次数, 快速累积电路搭建经验, 减小大量不必要的时间浪费. 实物搭建是按照实验预先设计的要求到电子商场购买合适器件自己搭建电子钟数字逻辑电路.期间需要使用面包板对器件和小模块进行预搭建, 和学习使用Arduino单片机来对器件和模块进行多方位检测, 最后使用电路板焊接的方法, 搭建出一个健壮的电子钟. 数字显示模块设计: 描述: 数字电路里面存储的, 输入输出的都是一些二进制的信息, 而不是十进制或别的类型的信息, 因此, 任何数字电路的显示模块最关键的电路主要是实现信息类型转换的功能. 作为一个电子钟, 它也需要有一个显示模块能够显示当前时间, 其显示模块由两部分组成, 一个是七段数码管, 另一个BCD驱动器. 七段数码管由七个共阴极(阳极)的LED如右图按照特定的空间位置分布而成, 只需给予某个LED高电平(低电平)信号, 该LED就会被点亮, 若某几个LED按照一定规律同时被点亮, 就能组合出我们熟悉的十进制数字0,1,…,9. BCD驱动器是二进制到十进制的转换电路, 是一个典型的组合逻辑电路, 输出信号仅仅与即时输入信号有关, 只需经历最多几十个ns的总门电路延时, 输出信号就能响应于输入信号, 不依赖于时钟信号, 并且电路不包含反馈. 它有4个输入端, 分别对应于二进制数的4个最低位, 它还有7个输出端, 分别给予七段数码管的7个LED以逻辑电平信号. 一个BCD驱动器只能驱动一个七段数码管, 并且显示一位十进制数. 电子钟显示时间一共需要6位十进制数, 因此, 显示模块只是简单地用六个BCD驱动器分别独立对应于六个七段数码管. 十进制数输入信号输出信号DCBAabcdefg000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601101011111701111110000810001111111910011111011101010000000011101100000001211000000000131101000000014111000000001511110000000BCD驱动器真值表注: 上图是共阴极BCD驱动器真值表, 输出逻辑1表示高电平, 相应编号的LED