数字逻辑电路实验报告

1、 数字逻辑电路设计 -多功能数字钟学院：计算机科学与通信工程专业：姓名：学号：指导老师：多功能数字钟1、 设计任务及要求（1） 拥有正常的时、分、秒计时功能。（2） 能利用实验板上的按键实现校时、校分及清零功能。（3） 能利用实验板上的扬声器做整点报时。（4） 闹钟功能（5） 在maxplus ii 中采用层次化设计方法进行设计。（6） 在完成全部电路设计后在实验板上下载，验证设计课题的正确性。2、 多功能数字钟的总体设计和顶层原理图作为根据总体设计框图，可以将整个系统分为六个模块来实现，分别是计时模块、校时模块、整点报时模块、分频模块、动态显示模块及闹钟模块。（1）计时模块该模块使用74ls

2、160构成的一个二十四进制和两个六十进制计数器级联，构成数字钟的基本框架。二十四进制计数器用于计时，六十进制计数器用于计分和秒。只要给秒计数器一个1hz的时钟脉冲，则可以进行正常计时。分计数器以秒计数器的进位作为计数脉冲。用两个74160连成24进制的计数器，原图及生成的器件如下： 注： 利用使能端，时钟信号，清零以及预置数功能连成24进制。生成的二十四进制计数器 用两个74160连成的60进制计数器，原图及生成的器件如下：生成的六十进制计数器 （2）校时模块校时模块设计要求实现校时，校分以及清零功能。*按下校时键，小时计数器迅速递增以调至所需要的小时位。*按下校分键，分计数器迅速递增以调至所

3、需要的分位。*按下清零键，将秒计数器清零。注意事项： 在校分时，分计数器的计数不应对小时位产生影响，因而需要屏蔽此时分计数器的进位信号以防止小时计数器计数。 利用d触发器进行按键抖动的消除 ，因为d触发器是边沿触发，在除去时钟边沿到来前一瞬间之外的绝大部分时间都不接受输入，可以消除抖动。 计时采用1hz的脉冲驱动计数器计数，而校时则需要较高频率的信号驱动以达到快速校时的目的。因此这两种脉冲信号就需要两路选择器进行选择，条件即为是否按键。注：d触发器用于按键的消抖，接更高的频率用于校时和校分，二路选择器用于区分是正常计时还是校时。（3）整点报时模块计时到59分50秒时，每两秒一次低音报时，整点时

4、进行高音报时。以不同频率的脉冲信号区分低音和高音报时。报时的条件是计数器计数至所需要的时间点，因而需要一个比较模块，将分计数器和秒计数器的输出连至比较模块输入端完成比较过程。 注： f1表示计数器分的高位，f0表示分的低位；m1表示秒的高位，m0表示秒的低位。当时间为59分00,02,04,06,08进行低音报时，当为整点时进行高音报时。siga为1时低音报时，sigb为1时高音报时。 （4）分频模块在这个系统中需要很多种不同频率的脉冲信号，这些均可以通过一个基准频率分频器生成。分频器就是一个进制很大的计数器，利用计数器的分频功能，从不同的输出位得到所需要的脉冲信号。注： 由于clk的频率为1

5、024hz，所以可以定义一个std_logic_vector(9 downto 0),使它不停地从0000000000加到1111111111然后又返回0000000000，由于最低位在clk脉冲到来时从0变为1，然后又在下一个脉冲变回0,因此最低位的时钟周期为clk的时钟周期的两倍，它的频率就为clk频率的确1/2即512hz。同理，次高位的频率就为clk频率的1/2 * 1/2 = 1/4，用这种方法就可以得到各种能整除1024的频率，从而实现分频。生成的分频器（4） 动态显示模块在6个不同的时间段分别将每组时间经过七段译码后输出到6个数码管，当某一组时间的七段码到达时，只点亮对应位置上的

6、数码管，显示相应的数字，6次一个循环，形成一个扫描序列。利用人眼的视觉暂留则可以同步显示6个数字。注： clk为时钟信号，s为计数器的小时，f为分，m为秒，selout为六路选择器，选择哪个数码管工作，segout为七段译码器，使数码管显示数字。动态扫描器件（6）闹钟模块注意事项： 设定的闹钟的时间应使用新的计数器进行存储，与正常的计时互不干扰。 与正常计时状态的显示切换。可以设定一个按键，用于选择是将计时时间还是将闹钟时间送至动态显示模块。 应实现一个比较模块，当计时到与闹钟时间相等时，则驱动扬声器鸣叫。 闹钟响声应限定在一定时间内，且在这段时间内应随时可以通过按键取消闹时状态。闹钟调时和分

7、以及正常计时与闹钟定时之间的选择原图及生成的器件如下：注： 输入端clk为时钟信号，sd清零，naozhong是使计数器正常计时和闹钟定时界面的切换，se调闹钟的小时，sd调闹钟的分，输出端即为闹钟的小时和分。闹钟界面和正常计时界面的转换器件如下：注： s表示计时器的时，f表示计时器的分，m表示计数器的秒；ss表示闹钟的时，ff表示闹钟的分；q为计时和闹钟两个界面的切换开关，abc为输出的时间。正常计时时间和设定闹钟时间的比较器件如下： 注： s 表示正常计时的小时，f表示闹钟的分； ss表示闹钟的小时，ff表示闹钟的分；q为闹钟的开关，d当q为1时， 并且正常计时的时间和闹钟时间 相等时输出

8、为1，否则为0。 三、心得和体会 经过一个星期对数字时钟实践的制作，从中学到了很多。首先是对eda的vhdl语言的更深层次认识，本来觉得eda编程语言比较麻烦，可是接触了以后也就觉得它还是有它方便的地方，尤其是和图形编程结合的特点。其次，这个实践其实到目前为止应该还不是一个成功的作品，还是有很多的仿真没有完成，原因可能也是自己的技术不到位。但是整个制作的过程中，它促进了同学之间的相互沟通，也让我在自己的专业知识的学习过程中，更多的，更好的学习一门知识，用于以后的实践应用中，做这个数字钟的设计中包含了很多不同功能的程序，让我在其中学到了一些程序的中的思路，特别一步一步去把错误的程序改正确是一种很

9、有成就感的事！这样让我学到了更多的知识！特别是在做数字时钟闹钟的那个模块时，我在网上查了好多程序，证实了好多错误的程序并从中更改出正确的程序！相信，现在只是一个起步，以后，我会更好的努力，学习，对eda孰能生巧。 附录：用vhdl语言写的六十进制计数器如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt60_06 is port (clk:in std_logic; clear:in std_logic; c:out std_logic; k1,k0:out std_logi

10、c_vector(3 downto 0); end cnt60_06;architecture cnt of cnt60_06 issignal q1,q0:std_logic_vector(3 downto 0);begin process(clk,clear) begin if(clear=1)then q1=0000;q0=0000;c=0; else if(clkevent and clk=1)then if(q1=0101 and q0=1001)then-到59 q1=0000;q0=0000;c=1; elsif(q10101 and q0=1001)then q0=0000;q

11、1=q1+1;c=0; elsif(q01001) then q0=q0+1; end if; end if; end if; k1=q1; k0=q0; end process;end cnt;用vhdl语言写的报时器源代码如下： library ieee;use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;entity alert_06 isport(f1,f0,m1,m0:in std_logic_vector(3 downto 0); siga,sigb:out std_logic); end alert_06; a

12、rchitecture a of alert_06 is begin siga=1when(f1=0101 and f0=1001 and m1=0101 and (m0=0000 or m0=0010 or m0=0100 or m0=0110 or m0=1000)else0; sigb=1when(f1=0000 and f0=0000 and m1=0000 and m0=0000)else0;end a;用vhdl语言写的分频器的源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all

13、;entity fenpin_06 isport (clk:in std_logic; hz512,hz256,hz64,hz4,hz1:out std_logic);end fenpin_06 ;architecture f of fenpin_06 issignal cc: std_logic_vector(9 downto 0);beginprocess(clk)beginif(clkevent and clk=1) then if(cc=1111111111)then cc=0000000000; else cc=cc+1; end if;end if;end process; hz5

14、12=cc(0);hz256=cc(1);hz64=cc(3);hz4=cc(7);hz1=cc(9);end f; 用vhdl语言写的动态扫描的源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity display_06 is port(clk:in std_logic; s :in std_logic_vector(7 downto 0); f :in std_logic_vector(7 downto 0); m :

15、in std_logic_vector(7 downto 0); selout:out std_logic_vector(5 downto 0); segout:out std_logic_vector(6 downto 0) );end display_06 ;architecture a of display_06 issignal number:std_logic_vector(3 downto 0);signal sel :std_logic_vector(5 downto 0);signal seg :std_logic_vector(6 downto 0);signal q :st

16、d_logic_vector(2 downto 0);begina:process(clk)beginif(clkevent and clk=1)thenqselselselselselselsel=000000;end case;end process;processbegin if sel =000001then number=m(3 downto 0); elsif sel=000010then number=m(7 downto 4); elsif sel=000100then number=f(3 downto 0); elsif sel=001000then number=f(7

17、downto 4); elsif sel=010000then number=s(3 downto 0); elsif sel=100000then number=s(7 downto 4); else numbersegsegsegsegsegsegsegsegsegsegseg=0000000; end case;end process; selout=sel; segout=seg;end a; 闹钟界面和正常计时界面之间的切换源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;en

18、tity switch_06 is port(s:in std_logic_vector(7 downto 0); ss:in std_logic_vector(7 downto 0); f:in std_logic_vector(7 downto 0); ff:in std_logic_vector(7 downto 0); m:in std_logic_vector(7 downto 0); q:in std_logic; a:out std_logic_vector(7 downto 0); b:out std_logic_vector(7 downto 0); c:out std_logic_vector(7 downto 0);end switch_06; architecture a of switch_06 isbeginprocess(q,s,ss,f,ff,m)begin if(q=1) then a=ss;b=ff;c=00000000; else a=s;b=f;c=m; end if; end process; end a;正常计时时间和设定的闹钟时间之间的比较的源代码如下： library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use i