数字系统设计实习报告.doc

数字系统设计实习报告课题：报时式数字钟的设计系别：电气工程及其自动化班级： 学号： 姓名： 指导教师： 2014年6月27日目录1、 前言。32、 课程设计题目要求。43、 设计方案。44、 电路图.波形仿真图.及管脚锁定。85、 实习心得。106、 参考资料。10前言1 软件介绍：Max+plus是Altera公司开发的第三代的PLD开发软件，提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。Max+plus界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在Max+plus上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Max+plus开发系统的特点：1、开放的界面Max+plus支持与Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。2、与结构无关Max+plus系统的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可编程逻辑器件，提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。3、完全集成化Max+plus的设计输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。4、丰富的设计库Max+plus提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆功能（Mage-Function）。5、模块化工具设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设计环境用户化。6、硬件描述语言（HDL）Max+plus软件支持各种HDL设计输入选项，包括VHDL、Verilog HDL和Altera自己的硬件描述语言AHDL。7、Opencore特征Max+plus软件具有开放核的特点，允许设计人员添加自己认为有价值的宏函数。2 课程设计题目要求：设计并制作一台能显示小时、分、秒的数字钟。具体要求如下：1 完成带时、分、秒显示的24h计时功能；2 能完成整点报时功能，要求当数字钟的分和秒计数器计到59min51s时，驱动音响电路，四高一低，最后一声高声结束，整点时间到；3 完成对“时”和“分”的校时，并能对秒计数器清零。3 设计方案：1 数字钟的原理及组成框图该数字钟由振荡器，分频器，秒计数器，分计数器，时计数器，校时电路，报时电路，显示电路，消抖电路等几部分组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计时器。每累计60s发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60min，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可实现对一天24h的累计。整点报时电路是根据计时系统输出状态产生一个脉冲信号，1 数字钟的原理及组成框图 该数字钟由振荡器、分频器、秒计数器、分计数器、小时计数器、校时电路、报时电路和显示电路等几部分组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计时器。每累计60s发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”业采用60进制计数器，每累计60min，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可实现对一天24h的累计。整点报时电路是根据计时系统输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发声器实现报时。校时电路是用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整。计数器清零是对“秒计数器”进行清零。其组成框图如图所示：2. 设计步骤：秒，分，时计数器电路的设计：秒，分为60进制计数器，小时为24进制计数器。选择74LS490四位十进制计数器。仅用三片就能实现秒，分，时的计数。74LS490功能表及管脚如下：输入输出SET9HLLLLLLHHLLHLL计数1 60进制计数器由一片74LS490构成的60进制计数器如下图所示，1CLK输入引脚提供基准计数脉冲输入，QS0QS7引脚输出两位BCD码。其中CPS接1HZ的脉冲信号，当低位计满10个数进位给2CLK，高位开始计数。当计数器状态为00000110时，计数器清零，构成60进制计数器。其仿真波形如下图所示：2 24进制计数器同理由一片74LS490作为计数芯片，当计数状态为00100100时，计数器清零，构成24进制计数器。其电路图如下：其仿真波形图如下图所示：3 校时电路校时电路作为数字钟不可缺少的部分，每当时钟显示时间与实际时间不符时，需要进行校正时间。本电路的校时电路如下图所示：其中CH.CM分别表示时校正和分校正，电路通过CH.CM,分时钟脉冲，时时钟脉冲进行控制，从而达到校时目的，两者中一个有效则对秒进行清零。CH.CM通过手动机械开关进行控制。脉冲信号置0时，正常工作，置1时，进行校时，每来一个上升沿对计数器就加1校正。秒清零电路 分校正电路秒进位脉冲分时钟脉冲秒清理秒反馈时校正电路与分校正电路同理4 消抖电路由于机械作为数字系统逻辑电平输入装置。由于机械开关接通或断开的弹性振颤，触点会在短时间内多次接通和断开，出现“抖动”现象，使逻辑电平多次在0.1之间跳变，导致错误逻辑输入数字系统。故本校时电路需要加一个消抖电路。消抖电路如下图所示：5 整点报时电路一般时钟都具有整点报时功能，即在整点出现前进行报时提醒。根据题目要求，本时钟报时应该在整点前59分51S.53S.55S.57S进行4声低声报时在59分59S进行一声高声报时，所以为了区分高低声分别给出一个1024HZ和256HZ进行控制.4 电路图仿真波形，管脚锁定。调试结果5 实习心得通过本次数字系统课程设计，我学会了很多，从最开始的什么都不会，到后面基本能够熟练的使用MAX +Plus的基本常用功能。在本次实习中，老师的帮助是我顺利完成课程设计非常重要的因素，在指导老师和实验室老师的帮助下我得到了很大进步。首先通过本次课程设计学会了，如何使用EDA进行电路设计，仿真和在试验箱上进行验证和调试。在开始的电路设计阶段，对于不同芯片的功能了解更加深入，学会了如何节约芯片的管脚，尽量用最简单有效的设计思路去简化电路，这样可以做到更高效和节约实验资源，。到后面使用不同的电路达到同一效果，在这个过程感受其中不同芯片间的异同。波形仿真阶段，让我更加深刻的理解了波形对于数字电路的重要性。当一开始时，对于校时电路的原理不够理解，在指导老师的帮助下，顺利设计出了自己的校时电路，但是在后面试验箱的调试过程中，发现了机械“抖动”现象，这是在仿真软件上无法观察出来，这些属于实际操作与仿真之间的差距。于是在查阅资料之后，对校时电路，校时信号前端加入了一个消抖电路，成功消除了机械开关的“抖动”。这些都是书本知识在实际中的应用，对此我感觉，理论和实际动手操作需要像本次实习这样的课程来进行结合。最后，通过本次实习，不仅学会了EDA,而且还温习了数字电路的书本知识，可谓是收获颇多。课程设计主要还是靠自己去理解和设计，只有这样我们才能清楚的理解其中的来龙去脉，这是我这次最深的感受。6 参考资料1、 康华光 电子技术基础数字部