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1、I 课课 程程 设设 计计 课程名称 电子技术综合设计与实践 题目名称 数字钟 学生学院 自动化学院 专业班级 电子信息科学与技术 学 号 3113001502 学生姓名 李洪超 指导教师 尹明 2015 年 9 月 5 日 II 目 录 1 1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求.2 2 1.1 设计目的 .2 1.2 设计要求 .2 2 2 模块及其原理介绍模块及其原理介绍.2 2 2.1 分频模块 .2 2.2 计时模块 .2 2.3 校时模块 .2 2.4 显示模块 .3 3 3 设计方案设计方案.3 3 3.1 基本原理框图 .3 3.2 分频器 .3 3.3 计数部分 .4 3.
2、4 校时部分 .5 3.5 译码和显示 .5 3.6 电路总图 .6 4 4 实验结果与数据分析实验结果与数据分析.6 6 4.1 测试正常计时功能 .6 4.2 测试校时功能 .6 5 5 结论与问题讨论结论与问题讨论.6 6 参考文献参考文献.7 7 1 1 1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求 1.1 设计目的 （1）熟练运用数字系统的设计方法进行数字系统的设计。 （2）按要求设计一个数字钟。 1.2 设计要求 （1）要求显示秒、分、时，可以完成 00:00:00 到 23:59:59 的计时功能。 （2）可校时，可调零。 2 2 模块及其原理介绍模块及其原理介绍 2.1 分频模块
3、分频模块使用的是 Quartus中自带的可设置的计数器：lpm_counter（在本实验中分 别需要一个 24 位和 25 位的 lpm_counter） ，其输出的 carry_out 为我们所需要的时钟信号。 由于 DE2 板上只能选择 27MHZ 和 50MHz 的时钟输入，为了便于分频，选择了 50MHZ 的时钟。 通过分频后，分别得到约为 1.49HZ 的时钟作为计数器的时钟输入，约为 2.98HZ 作为校时电 路的时钟输入。 2.2 计时模块 计时电路：由计时部分、数据选择器和译码器（因数据选择器和译码器部分涉及到其他 模块，所以在下文另作解释）组成，它是数字钟的关键部分。 计时部
4、分：由两个六十进制（用于计分和秒）和一个二十四进制（用于计小时）计数器 组成，其中六十进制计数器由六进制计数器和十进制计数器组成（皆采用了 74160 芯片） ； 二十四进制的小时计数器由三进制计数器和十进制计数器得到，为了实现二十四进制，做出 以下设置：当小时的个位为“2” ，小时的十位为“4”时，对两个计数器同时进行清零。当 各个计数器处于正常计时状态时，得到的时钟是 1.49HZ 的脉冲。 2.3 校时模块 由计数器的计数过程可知，正常计数时，当秒计数器（六十进制）计数到 59 时，再来 一个脉冲，则计数器清零，重新开始新一轮的计数，同时通过一个二输入的与非门，实现当 秒的十位为“6”时
5、，输出的信号由高电平变为低电平，在下一个周期时又回到高电平，从 而得到一个上升沿作为分的个位计数器的计数脉冲，使其计数一次。现在，为了加入校 2 时功能，我们增加了 2 选 1 的数据选择器。调分部分：把秒计数器给的计数信号和一个频率 为的脉冲信号同时接到一个 2 选 1 的数据选择器的两个数据输入端，而位选信号则接一个拨 动开关。当拨动开关不拨下去时（即为 0） ，数据选择器将秒计数器的计数信号给到分的个 位计数器，此时，计数器正常工作；当拨动开关拨下去时（即为 1） ，数据选择器将另外一 个信号作为分计数器的计数脉冲，使其计数频率加快，当达到正确时间时，把拨动开关上拨 回到正常工作状态，从
6、而达到调分的目的。调时部分也采用类似的方法。 2.4 显示模块 数据选择器：解决显示问题。所采用 6 个数据选择器，分别对应秒的十位和个位，分的 十位和个位，时的十位和个位。 译码器：用 7447 芯片，它为 BDC 码-七段译码器。 显示器件：采用了七段 BCD 数码管。 3 3 设计方案设计方案 3.1 基本原理框图 数字钟的基本原理框图 3.2 分频器 3 分频器 1： 分频器 2： 3.3 计数部分 60 进制计数器：构成秒和分的时钟计时 24 进制计数器：构成小时的时钟计时 4 3.4 校时部分 3.5 译码和显示 5 3.6 电路总图 数字钟电路设计总图 4 4 实验结果与数据分析
7、实验结果与数据分析 4.1 测试正常计时功能 下载到 DE2 教学开发板上后，数字钟开始工作，能够显示时分秒和两个“”共 8 个位 的显示，检查到每个为的进制正常，秒到分和分到时的进位功能也正常实现。 4.2 测试校时功能 在分配管脚时，设置了作为第一个二选一数据选择器 S 处 INPUT 连接拨动开光 SW2，设 置了作为第二个二选一数据选择器 S 处 INPUT 连接拨动开光 SW3。拨动调分的开关 SW2，分 的个位开始以更快的频率进行计数，调分功能实现。拨动调分的开关 SW3，时的分位开始以 更快的频率进行计数，调分功能实现。 5 5 结论与问题讨论结论与问题讨论 （1）遇到的问题：编
8、译过程无法连接，程序无法下载到 DE2 教学板上。 讨论结果：缺少相关驱动，win10 系统不兼容。 （2）遇到的问题：在设计分频器时，频率的准确度较低。 解决办法：经过多次实验及计算得到较为接近真实值的频率输入。将分频分段成 2Hz 6 后，再经过分频器，将频率降为一半，即 1Hz。 （3）感受与收获：本次实验做好资料的收集是最为关键的一步，因为同一个项目可以有多 种方案实现，但其实它们之间有很大的联系。我们组所做的数字钟还有待改善，基本可以实 现显示时钟的功能，还可以附加其他功能加以完善，如：闹钟报时，整点报时。可能由于教 学板没有相关的蜂鸣器，可找显示灯暂时替代显示效果。 参考文献参考文献 1 尹明.电子技术综合设计与实践教程.西安：西安电子科技大学出版社，2011 2 阎石.数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006