电子线路设计课程设计：多功能数字钟设计

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1、华中科技大学电子线路设计实验报告多功能数字钟设计姓名学号班级一、实验目标：1、掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程；2、熟悉EDA软件使用；3、掌握VerilogHDL设计方法；4、分模块、分层次数字系统设计二、实验任务及要求1、基本功能¨准确计时，以数字形式（十二进制）显示时、分、秒的时间¨校正时间：时、分快校与慢校（1Hz与手动）¨复位：00:00:00¨仿广播电台正点报时(四高一低)2、扩展功能：（1）任意闹钟；（2）小时为12/24进制可切换（3）报正点数（几点响几声）三、实验条件：DE0实验板结构与使用方法quartus软件

2、的使用FPGA的使用四、电路设计过程：1、需求分析开发背景：数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非

3、常现实的意义。2、实验原理：用层次化设计的方法以Verilog语言编程实现以下功能：（1）、具有“时”、“分”、“秒”计时功能；时为24进制，分和秒都为60进制。（2）、具有校时和清零功能,能够用4Hz脉冲对“小时”和“分”进行调整，并可进行秒清零；实际电路中使用快校时。（3）、具有整点报时功能。在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号,在59分59秒发出一次高音1024Hz信号,音响持续1秒钟,在1024Hz音响结束时刻为整点。在实际电路中使用ＬＥＤ灯实现四低使用用ＬＥＤ１，高音另一个ＬＥＤ灯显示。（4）、具有一键设定闹铃及正常计时与闹铃时间

4、的显示转换。闹时时间为一分钟。3、模块设计分析整体电路分为两块，主体电路和扩展电路分别实现基本功能和扩展的功能。（1）、主体电路设计：（2）时分秒计数器需求分析：分和秒计数器都是模M=60的计数器其计数规律为00—01—…—58—59—00…时计数器：若采用24小时制：计数器为24进制，其计数规律为00—01……—02—23—00….若采用12小时制：计数器为12进制，其计数规律为01—02……—12—01….24小时制：当数字钟运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒。12小时制：当数字钟运行到12时59

5、分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒。4、逻辑分析：主体电路由两个60进制计数器、一个24进制计数器、两个二选一数据选择器、分频器，7端译码显示器共7个模块组成。分频器将系统内置的50MHz的信号分成4Hz的信号输出CP，是数字能稳定的在数码管上显示。3个计数器共用一个时钟信号CP，为同步8421BCD码输出的计数器。具体实现如下图：秒译码显示分译码显示时译码显示60进制计数器选择器60进制计数器选择器24进制计数器11ENMCoMENSCoEN校时控制Adj_Hour校分控制Adj_Min（adjust_Time）（

6、adjust_Time）图中连个选择器分别用于选择分计数器和是计数器的使能控制信号。对时间进行校正时，先选择校时模式，在adjust_Time=1时，在控制端（Adj_Hour、Adj_Min）的作用下，使能信号接高电平，此时每来一个时钟信号，计数器加1，从而实现对小时和分钟的校正。正常计时时，使能信号来自每一位的低位计数器的输出，即秒计数器到59秒时，产生一个输出信号（Sco=1）使分计数器加1，分秒计数器同时计到最大值时，产生输出信号（Mco=1）使小时计数器加1。实现上述功能的Verilog的程序如下：整个程序2分为两个层次4个模块，底层由3个模块组成，即六

7、进制计数模块、十进制计数模块、和24进制计数模块、顶层有一个模块，他调用底层的3个模块完成数字钟的计时功能，其中，底层的六进制模块，和十进制模块分别被调用两次，构成60进制的秒计数器和分计数器。5、各模块接口规定输入量需求说明输出量需求说明CP工作时钟out_HourH时钟十位EN使能端1时计数out_HourL时钟个位nCR清零端即复位端out_MinH分钟十位Alarm_on闹钟开关out_MinL分钟个位Display_A切换闹钟SEC秒频率Adjust_Time调整时钟D四低Adj_Min自动调整分钟G一高Adj_Hour自动调整时钟A闹钟Sel12/24

8、进制切换V