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EDA实验报告(quartus2仿真).doc

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EDA实验报告(quartus2仿真).doc


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EDA实验报告(quartus2仿真) EDA 设计 (Ⅱ) 学号:姓名: 院系:指导:谭雪琴时间: 年4月日 20118 目录 1. 引言……………………………………………………… 03 2. 正文……………………………………………………… 03 2.1. 设计要求……………………………………… 03 2.2. 整体电路工作原理…………………………… 2.3. 子模块设计原理与仿真……………………… 042.3.1. 脉冲发生电路…………………………… 04 2.3.2. 计时电路………………………………… 07 2.3.3. 译码显示电路…………………………… 10 2.3.4. 报时电路……………………………………2.3.5. 校时、保持以及清零电路…………………2.3.6. 总功能电路连接……………………………2.4. 整体电路下载…………………………………… 212.5. 扩展闹铃功能设计……………………………… 212.5.1. 闹铃时间设定功能……………………… 21 2.5.2. 闹铃显示功能………………………………2.5.3. 闹铃响铃功能………………………………2.5.4. 闹铃总电路连接…………………………… 结论…………………………………………………………… 致谢…………………………………………………………… 参考资料…………………………………………………… 262 04 15 16 20 22 23 24 3. 254. 265. 多功能数字钟设计 (南京理工大学) 摘要:本文详细介绍了多功能数字钟的工作原理及设计过程。首先利用quartus2软件,采用模块化设计方法,分别设计分频器、模计数器、动态显示电路、清零校时电路和报时电路等功能模块,然后观察仿真波形,确认功能实现后进行封装与调用。最后将各功能模块整合起来构成整体电路,仿真和调试通过后下载到EDA实验箱,观察实际运行结果。此外,本文还描述了附加闹铃功能的设计过程,并记述了实验过程中出现的一些问题及解决方案,以及对这次设计的一些经验教训的反思。 关键词:数字钟; 校时报时; 闹铃; 动态显示; 消颤; 仿真;下载 1、 引言 该数字钟功能丰富、操作简单,可使人们方便的获取时间信息及相关提醒,在实际生活中广泛应用,具有显著的实用价值。其构成虽较简单,但融合了组合逻辑电路和时序逻辑电路,包括了分频器、计数器、数据选择器、编码器译码器以及锁存器等几乎所有数字逻辑电路的所学内容,是理论联系实际,提高知识技能的绝佳途径。 2、 正文 2.1 设计要求 利用quartus2软件设计一个数字钟,并下载到EDA实验系统中。要求可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能,并在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时(当时钟计到59’53”时开始报时,在59’53”, 59’55”,59’57” 时报时频率为512HZ,59’59”时报时频率为1KHZ)等功能。 此外,还可以设计闹铃功能或自行添加其他功能。 基本设计要求为: 1、能进行正常的时、分、秒计时功能; 2、分别由六个数码管显示时分秒的计时; 3、 K1是系统的使能开关(K1=0正常工作,K1=1时钟保持不变); 4、 K2是系统的清零开关(K2=0正常工作,K2=1时钟的分、秒全清零); 5、 K3是系统的校分开关(K3=0正常工作,K3=1时可以快速校分); 6、 K4是系统的校时开关(K4=0正常工作,K4=1时可以快速校时); 3 2.2 整体电路的工作原理 数字钟主要由脉冲发生电路、计时电路、译码显示电路、报时电路、校时清零电路以及附加功能电路组成。其中脉冲发生电路产生1HZ、2HZ、500HZ、1KHZ以及1MHZ时钟信号,分别送至计时电路、校时电路、报时电路和动态显示电路等作为时钟信号。计时电路为系统核心,利用1HZ信号作为计数脉冲,两个模60计数器和一个模40计数器,实现秒分时的计时功能。译码显示电路将计时电路输出的计时信号进行译码后送至数码管并在时钟的驱动下动态显示计时数据。报时电路通过计时电路的计时信号而产生相应的选通信号,控制扬声器在特定时间发出不同频率的声音信号,实现报时功能。清零保持电路通过控制计数器使能端的电位实现清零和保持。校时电路根据开关的状态,选择输入到计数器的时分时钟信号的信号源,从而实现正常计数和快速校时功能。附加功能电路依照具体要求对电路进行相关改进,以实现相应功能。以下为系统电路框图: 图 2.2.1 整体电路框图 译码显示电路 脉冲发生电路 计时电路 报时电路 校时清零电路 附加功能电路 2.3子模块设计原理与仿真波形 自顶向下模块化设计方法,是根据系统的总要求,将系统分解为若干个子系统,再将每个子系统分解为若干个功能模块??直到分成许多各具特定子功能的基本模块为止。再利用分解的逆过程进行互联,完成系统设计。 2.3.1脉冲发生电路 图 2.3.1 脉冲发生电路 其中,in为振荡电路48MHZ时钟信号输入端,在模块内部经过分频,分别输出1HZ、1KHZ、1MHZ、500HZ和2HZ信号,送到后级电路作为相应时钟信号。其中n分频器可由模n计数器来实现,最高位的输出即为n分频之后的信号,且占空比为1:1。 由于 48M=24×1000×1000×2 4 故可以通过模24计数器、模1000计数器以及模2计数器的组合来实现各种所需信号的分频。 模1000计数器选用3片74163级联,利用同步清零实现。当计数器计数输出为11,1110,0111(十进制999)的时候,通过8位与非门输出清零信号,使计数器清零。下图为模1000分频器内部原理图和输出仿真波形。 图2.3.2 模1000分频器原理图 图 2.3.2 模1000分频器仿真波形输出 检验以上输出波形,10脚输出的波形周期为时钟的1000倍,且占空比为1:1。 模24计数器选用两片74160级联,通过异步清零实现。当计数器输出BCD码10,0100(十进制24)时,两位与非门输出低电平清零信号,送至芯片CLRN端异步清零。 图 2.3.3 模24分频器原理图 5 图2.3.4 模24分频器仿真输出波形 根据波形可知,最高位输出周期为时钟周期的24倍,满足分频要求。但由于74160是10进制计数器,故其占空比不再为1:1,而是5:1。 同理,模2计数器可采用一片74163或74160构成,也可以用D触发器直接构成,功能较简单,在此就不再赘述。 最后,将各子功能模块组合起来,构成脉冲发生电路模块,并进行封装。 图2.3.5 脉冲发生电路总原理图 6 通过观察其输出的波形,确认输出的各个波形满足要求。 2.3.2计时电路 时钟的计时进制分别为60和24,故可根据要求设计模60和模24的计数器,通过级联,输出各位的计数信号。 其中,模24计数器的设计在脉冲发生部分已经叙述,故不再介绍其设计过程。模60计数器的设计可采用两片74160级联,辅以四位与非门实现。以下分析其设计原理。 74160为模10计数器,将其进位信号(个位)作为下

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