数字系统设计课程设计-数字时钟的设计与实现Word文档格式.doc
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姓名
余博文
学号
2013031101050
课程设计信息
课程名称
数字系统设计
课程设计题目
数字时钟的设计与实现
课程设计时间
2015年6月20日
小组情况
指导教师
邓春健
批改情况
成绩
评阅教师
批改时间
年月日
2014-2015学年第2学期
数字系统设计要求及评价
1.设计目的
数字系统一般指时序系统,它是在时序电路的基础上发展起来的。
之所以称为系统而不叫电路,主要是它所完成的功能已经远远超过一般的数字电路,结构也比通常电路复杂得多。
数字系统设计实践的目的是在完成数字电路课程的学习之后,通过综合应用所学的电路知识,完成较为复杂的数字系统的设计,从而获得较强的数字电路设计能力、调试能力和开发能力。
2.设计内容
数字系统设计题材不限,但应该具备一定的复杂度,如:
数字秒表的设计、基于矩阵LED的花样变换控制系统、基于七段码的打击游戏、时钟、数字通信控制系统等等。
3.设计要求
数字系统设计要求在EDA软件QuartusII完成,并且要求必须在基于FPGA数字电路设计平台上运行通过。
完成设计后,要求撰写设计报告一份,要求人手一份,不得雷同。
4.总体评价
作品情况需要经过现场答辩,按作品的完成、难度、创新情况来评分,;
设计报告情况按报告的书写水平来评分。
作品情况(60)
设计报告情况(40)
总计
目录
1. 数字系统概述 1
1.1数字系统概念 1
1.2数字系统设计实验环境 1
2. 数字时钟的设计 1
2.1数字时钟的原理 1
2.2数字时钟的设计思路 1
3. 数字时钟的实现 1
3.1数字时钟系统框架 1
3.2 数字时钟功能模块原理 2
4. 系统功能测试及分析 2
5. 问题及心得体会 2
6. 参考文献 3
3
数字时钟的设计与实现
1.数字系统概述
数字系统设计主要是通过在电脑上用电路软件(如QUARTUSII)在事先设计好电路图之后,用相应的模块或其他芯片,根据实验箱的电路图,找到需要用到的管脚,绘制好电路图后,通过USB线将相应的数据传送到试验箱上,观察试验现象。
若发现问题,则从新修改电路图,并下载观察,直至达到所需效果。
1.1数字系统概念
需要常用的模块有输入输出管脚、VCC、GND、逻辑门(与门、或门、非门)、数字选择器(如74138)、计时器(如8count、74160、74163)、触发器(D、JK、T)、数码管显示芯片7448等芯片。
上述模块可以基本实现显示、蜂鸣器的效果。
如果需要达到复杂的效果,则需要涉及更多的模块。
1.2数字系统设计实验环境
采用基于FPGA的数字电路实验平台的设计工具(QuartusII),该工具将常用的芯片已封装好,如果需要用到则直接放入电路图,用导线连接好后,通过USB传输数据至试验箱。
2.数字时钟的设计
2.1数字时钟的原理
数字时钟的走动通过系统提供的统一时钟脉冲来触发计数器计数。
由于输入的基准时间信号是周期性的,因此通过计数器对基准时钟脉冲的个数进行计数,即可实现计时。
2.2数字时钟的设计思路
时钟的电路有计时、计分、计秒的三个模块,用于计时。
还需要显示三个时间单位在数码管上,因而需要选择。
此外,系统提供计时模块。
3.数字时钟的实现
3.1数字时钟系统框架
图1.1数字时钟的结构框图
3.2数字时钟功能模块原理
(1)系统计时模块
通过对系统时钟的分频以达到得到1s钟的脉冲。
(2)计时、计分、计秒模块
使用74192/74160计时将节省元器件的使用。
因为74192/74160的模数为10,可不必判断分钟、秒钟的各位是否应该清零。
由于74160是异步清零,因此时钟、分钟、秒钟需要在24时清零。
(3)数码管显示模块
自定义一个比较器,根据快速的时钟来判断74138选择应该显示时分秒的某一位及其十位个位。
通过7448将所含信息表示为数码管上的数字。
4.系统功能测试及分析
试验箱的数码管可以显示6位数字,其中最后一位从0~9循环,时间间隔约1s。
当最后一位从九到零时,其前面一个数码管所显示的数字加一。
实现了进位功能。
最后两位从‘59’到‘00’时,中间的两个数字加一。
当总体为‘235959’时,下一秒显示‘000000’。
5.问题及心得体会
在实践过程中,遇到了有很多问题,例如,如何让六个数码管显示一排数字,以及如何灵活的应用自定义的比较器。
起初,本打算用7493来实现时分秒的计数。
但在学习课堂上,通过对一系列计数器的了解,74192/74160的模数为10,而7493的模数为16,如果用7493的话,则会需要更多的元器件来实现置数、清零等操作,从而增加了元器件的成本。
此外,从课堂上的单一试验到丰富的数字系统设计,需要对常用电路及元器件之间的连接方法进行不断积累,这样才能够设计出高效率、低成本的电路。
6.参考文献
[1]刘和平,王维俊,江渝等.TMS320LF240xDSPC语言开发应用.北京航空航天大学出版社.2003年1月第1版.
[2]DS12887Real-TimeClock.http:
//wwww.ges.cz/sheet/d/ds12887.pdf.
[3]曾洁.利用Max+plusⅡ改进数字电路教学.实验科学与技术.2007,5(4):
87~89.
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- 关 键 词:
- 数字 系统 设计 课程设计 时钟 实现