电子时钟设计实验报告

摘要数字逻辑课程设计报告PAGEIVPAGE1可调节电子表摘要我们正处在一个信息的时代，事物的发展和技术的进步，让我们享受到了诸多的便利。尤其是电子表，它在我们的生活中无处不在。电子表是内部装配有电子元件的表，一般分液晶显示数字式和石英指针式两种。本次程程设计在Quartus=2\*ROMANII仿真软件上实现对电子表的设计。学习电子表的设计不仅让我们拨开了电子表的奥妙，让我们更加牢固的掌握了74160、74193这一类的计数器的使用。运用多个74160器件，使之产生模为24、60周期的计数器，按照一定的关系量来连接，从而产生进位，产生一个能循环计数的正常电子表的功能。再设计一个电子表的调节电路图，以方便调节电子表。完成两部分的封装，对设计结果进行验证，通过输入数据的变化，从而得到所需要的输出。根据需要，或正常计时，或设定分钟和小时，都能得到正确的结果。关键词：Quartus=2\*ROMANII，电子表，计数器，74160，调节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前言目录前言 1第1章组成电路的芯片介绍 31.174160芯片 31.1.174160芯片符号 31.1.274160工作原理 3第2章可调节电子表的顶层电路 52.1可调节电子表的顶层电路与说明 52.1.1可调节电子表的顶层电路图 52.1.2电路说明 5第3章可调节电子表详析 63.1可调节电子表 63.2设计原理详析 83.2.1计数原理 83.2.2校时电路原理 83.3仿真波形与分析 10第4章LCD液晶显示器实现 134.1LCD液晶显示器 134.1.1LCD液晶显示器源程序 134.1.2LCD显示器封装 16第5章下载验证 17结论 19谢辞 20参考文献 21附录 22前言在这个越来越时间化的社会中，各式各样的电子表在我们身边频出不烦，俨然成为我们里生活里不可或缺的一部分。而液晶电子表更是以其精确、廉价、节电和款式多样化的优点，广受青睐，是的精工表的利润迅速提升，带动了手表行业的一场革命。计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。很显然，3位数的计数器最大可以显示到999，4位数的最大可以显示到9999。本次试验主要用74160等芯片设计电路图，设计秒脉冲MCLK和一个手动校正脉冲TMCLK，信号发生器产生稳定的脉冲信号，作为电子表的计时标准。具有“时分秒”的十进制数字显示，小时为24进制，分秒为60进制。当正常计数时，秒脉冲连接到计数器上，手动脉冲无效，校对时间时，手动脉冲连接到计数器上，秒脉冲无效。该电子表只对分钟和小时进行校正，可以在任意时间调节时间,在任意时间按下复位键，可将电子表复位清零。本文主要通过让学生根据资料利用74160及一些逻辑部件实际的制作液晶电子表，实际的绘制可调电子表的电路图，并牢牢掌握电子表的电路校对原理，也简单的设计了技术及硬件语言VHDL,并对电路图和VHDL进行简单的封装，并通过驱动程序验证其可行性。通过本设计使学生加深对课程内容的理解，并达到下列几个目的：掌握数字系统工作原理和数字系统设计方法。掌握74160（或74193）这一类计数器的广泛使用。3．熟练掌握仿真软件和实验开发板的使用方法。4．提高学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计及创新能力，培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯。5．培养动手能力，发现和选拔人才。第1章标题第1章组成电路的芯片介绍1.174160芯片1.1.174160芯片符号图1-11.1.274160工作原理74160是十进制计数器当计数到1001时，输出进位RCO=1。ENT和ENP为使能端，正常工作时为1。CLRN为清零端，低电平有效。LDN低电平有效，CLK为输入工作信号。ENPENTLDNCLRNCLK功能1111上升沿正常计数××01上升沿同步设初态0111×保持RCO=1进位×011×保持RCO=0×××0×异步清0表1-174160功能电子表的设计过程中分别有实现秒、分、小时的功能：秒功能是由两个74160构成模六十来实现的，当每满六十秒时向分钟进位。同样分功能也是由两个74160构成模六十来实现的。小时功能是由两个74160构成模二十四来实现的，当每满二十四小时时清零。其中应注意的是小时进位的产生由分和秒共同控制的。REF_Ref168484390\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484424\h错误！未找到引用源。PAGE6PAGE5第2章可调节电子表的顶层电路2.1可调节电子表的顶层电路与说明2.1.1可调节电子表的顶层电路图图2-1可调节电子表的顶层电路图2.1.2电路说明如上图2-1所示，RESET为复位按钮，正常工作时为1，摁下去之后RESET为0，电子表全部清零；K0、K1，是用来实现对电子表的调节，能调节分钟和小时。第3章REF_Ref168484495\h错误！未找到引用源。洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGE12第3章可调节电子表详析3.1可调节电子表图3-1可调节74160的时钟图3-2可调节时钟的调节电路图上图3-1与3-2封装后即为顶层电路里的shizhong3.2设计原理详析3.2.1计数原理正常工作时K1K0为00或者11，工作脉冲为MCLK连接到计数器上，手动脉冲TCLK无效。RESET为1。CLRN=1清零端无效。秒低位片,当M3M2M1M0=1001时，RCO=1产生进位，使秒高位ENT、ENP都为1，正常工作。当M6M4M3M0=1111时（表示时间为59秒），MLDN=0输出端清零；TFEN为分钟低电位片的使能端，正常工作下K1K0=11或00，（由此可看出只有时间为59秒下一个上升沿到来时分钟才变化一次），分钟的脉冲信号FENCLK=MCLK，TFLDN=FLDN=（由此可看出只有当时间为59分59秒下一个上升沿到来时分钟才清零，同时结合以下文字可看出小时也加一），；当M6M4M3M0=1111时，MLDN=0，秒产生进位，使分钟加1；TSEN为小时的使能端，正常工作下TSEN==，小时的脉冲信号为SHICLK=MCLK，TSLDN=SLDN=，SEN=1时，小时开始加1。且当S5S1S0=111，F6F3.2.2校时电路原理(1)只对分钟和小时校正。(2)设置秒脉冲MCLK和一个手动校时脉冲TCLK。(3)当正常计数时，秒脉冲连接到计数器上，手动脉冲无效。(4)当校时时，把手动脉冲连接到计数器的相应位上，使秒脉冲无效。(5)当手动脉冲有上升沿时，相应的位加1，其它位照常计数，不受校时手动脉冲影响。(6)设置2个功能选择按钮，实现下表的功能。表3-1校正原理功能表k0k1功能FENCLKTFENSHICLKTSEN00①正常计数MCLKFENMCLKSEN01②调节分钟TCLK1MCLKSEN10③调节小时MCLKFENTCLK111④正常计数MCLKFENMCLKSEN以上4个功能的说明如下：①④正常计数：时钟全部是秒脉冲，使能端分别是FEN、SEN②调节分钟：分钟时钟是手动脉冲，分钟使能端分别是1。小时正常计数。③调节小时：小时时钟是手动脉冲，小时使能端分别是1。分钟正常计数。调节按钮电路公式：(7)某位调节到最大值时候，不向高位进位，执行清零：调节分钟到59后，TFLDN=0使分钟清零。调节小时到23后，TSLDN=0使小时清零。清零公式：正常计数时，，TFLDN=FLDN，TSLDN=SLDN3.3仿真波形与分析(1)秒钟计数图3-3秒钟计数仿真波形59秒后，下一上升沿进行清零，同时分加1。(2)分钟计数图3-4分钟计数仿真波形59分59秒后，下一上升沿进行清零，同时时加1.(3)小时计数图3-5小时计数仿真波形23时59分59秒后，下一上升沿进行清零。(4)分钟可调图3-6分钟可调仿真波形当K0为1，K1为0时对分钟进行调节。(5)小时可调图3-7小时可调仿真波形当K0为0，K1为1时对小时进行调节。(6)复位复位图3-8复位功能仿真波形当RESET为0时，时分秒全部清零。第3章REF_Ref168484495\h错误！未找到引用源。洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGE16第4章LCD液晶显示器实现4.1LCD液晶显示器4.1.1LCD液晶显示器源程序libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entityXIANSHIDZBisPort(Clk:instd_logic;--状态机时钟信号，同时也是液晶时钟信号R0,R1,R2:instd_logic_vector(7downto0);rs:bufferstd_logic;rw:outstd_logic;--液晶读写信号en:outstd_logic;--液晶使能信号Clk_Out:bufferstd_logic;--除输出的秒脉冲d:bufferstd_logic_vector(7downto0));--LCD的数据线endXIANSHIDZB;architectureBehavioralofXIANSHIDZBistypexianshiisarray(0to31)ofstd_logic_vector(7downto0);--显示缓冲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)秒脉冲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用脉冲--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)--液晶驱动控制器beginifrising_edge(LClk_Out)thenrs<='0';--写指令 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;--准备写入地址 whenddram1=> --显示第一行 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=>--显示第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显示器封装LCD显示器源程序封装后即为顶层电路中的XIANSHIDZB，如图4-1所示。图4-1VHDL封装图第3章标题PAGE8PAGE18第5章下载验证（1）安装驱动程序先把实验板接好，然后：我的电脑→属性→硬件→设备管理器。自动搜索出一个设备。到安装路径下找到“USB-Blaster”。（2）下载设置器件：选菜单Assignments→Device，打开。共有10个步骤：选Cycloneii，选EP2C5T144C8①②②①②③打开选项卡Dual-PurposePins④Useasregulari/o③③④⑤⑥如图所示。⑥⑤⑥⑤⑦设置引脚⑦⑦再⑤⑧下载：选Tools→Programmer，进入下一步。⑧⑧⑧⑨连接下载器：按HardwareSetup,在弹出窗口中选USB-Blaster⑨⑩⑩⑨⑩⑩REF_Ref168484640\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484646\h错误！未找到引用源。PAGE20结论设计中让我们甚了解到，计数器这一类器材的使用。计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。计数器的种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预制数和可编计数器等等。通过实际的动手设计电子表，让我们更加牢固的掌握知识与技巧，了解器材和工具更深层的运用。设计原理图，并用Quartusii完成原理图绘制，通过封装原理图，将一个庞大的电路图，压缩成一个简单的器件，更方便了运用。编写VHDL程序，让我们知道了硬件的奥妙，封装VHDL形成一个简单的器件，便于使用。通过本次课设深刻体会到面对频发的错误，一定不能急躁，我们要保持一颗平静的心，对错误进行耐心的查找与调节。对不懂的问题虚心请教老师和同学。此次试验更让我认识到自己动手能力的不足，相信通过多次的试验，动手能力一定会有所加强。总而言之本次设计受益匪浅。结论谢辞通过本次设计，我深刻领会到学术研究的严谨性、规范性和科学性，我们要始终坚持严肃严谨的学习态度。此次电子表设计不仅培养了我们不骄不躁，始终坚持的信念，也提高了我们的综合能力。本次设计的顺利完成，离不开各位老师、同学、朋友的支持、帮助。邹红文老师和杨倩薇、张静等同学的帮助，在整个设计过程中都给予了我鼓励和支持，大家能够在一起讨论与分析，不但能够加深理解，也更能够了解更多的知识，领悟更深的层面。在同学的帮助，也有老师的细心指导下，我才能掌握了知识，增加了我们的动手经验。掌握了基本的研究方法、开拓了思路，逐渐形成了的自主学习能力。同时也是老师和学校给了我们良好的学习氛围和人文环境，让我们有这个机会可以增强动手能力，可以提高我们的学习水平。参考文献PAGE22参考文献[1]欧阳星明，数字逻辑[M].武汉:华中科技大学出版社,2009[2]周润景,图雅,张丽敏.基于Quar