EDA设计数字时钟

EDA设计Ⅱ实验报告

——多功能数字钟设计

EDA设计Ⅱ实验报告

——多功能数字钟设计

目录

一、摘要 ................................................................................................................................... 1 二、关键字 ............................................................................................................................... 2 三、正文 ................................................................................................................................... 2 1、设计要求说明 ................................................................................................................. 2 2、方案论证 ......................................................................................................................... 3 3、各子模块设计原理 ......................................................................................................... 3 （1）计时电路 ................................................................................................................. 3 （2）脉冲发生电路 ......................................................................................................... 6 （3）译码显示电路 ......................................................................................................... 8

多功能数字钟设计实验报告

（4）报时电路 ............................................................................................................... 12 （5）校分电路 ............................................................................................................... 13 （6）清零电路 ............................................................................................................... 14 （7）闹钟电路 ............................................................................................................... 15 4、整体电路图 ................................................................................................................... 19 5、调试 ............................................................................................................................... 19 6、仿真 ............................................................................................................................... 20 7、编程下载 ....................................................................................................................... 20 四、结论 ................................................................................................................................. 20 五、实验感想 ......................................................................................................................... 20 1、实验中遇到的问题及解决方法 ................................................................................... 20 2、实验的收获与感受 ....................................................................................................... 21 六、参考文献 ......................................................................................................................... 21

一、摘要

FPGA（Field Programmable Gates Array）现场可编程门阵列与CPLD（Complex Programmable Logic Device）复杂可编程逻辑器件都是可编程逻辑器件，是在PAL、GAL等逻辑器件基础之上发展起来的，规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，不仅可编程性好并且实现方案容易改动，是电子工程设计过程中很重要的器件之一，对其编程环境的熟练使用也随之成为电子工程设计人员必备的素质之一。

本文详细阐述了如何在QuartusII软件平台下用原理图及VHDL语言的方法对逻辑器件进行编程，并下载到SmartSOPC实验系统中实现一个多功能数字钟的设计。

该多功能数字钟在正常时分秒走时的基础上还能够完成计星期、校分、校时、保持、清零等各种调整功能，且能够整点报时、设置闹钟时间并在所预置的时间响起音乐彩铃。

Abstract

FPGA (Field Programmable Gates Array) field programmable gate array and CPLD (Complex Programmable Logic Device) complex programmable logic devices are programmable logic devices, which develop based on the PAL, GAL and other logic devices.They are relatively large-scale and are suitable for timing, and combination logic circuit applications.Their programmability is not only good but also easy to implement changes.It’s one of the important electronic devices of engineering design process, and the skilled use of their programming environment will become one of the essential qualities of a a electronic engineer.

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多功能数字钟设计实验报告

This paper describes how to program under the software platform QuartusII by the means of schematic or VHDL, and download it to the SmartSOPC versatile experimental system to implement a digital clock design.

The multi-function digital clock is able to complete the week counting, hours correction, minutes correction, time holding, clearing and other adjustment functions.It can also ring every hour, and the music ringtones will ring at the time which is set by the alarm.

二、关键字

现场可编程门阵列 FPGA（Field Programmable Gates Array） 多功能数字钟 （multi-function digital clock） 校分（minutes correction） 校时（hours correction） 保持（time holding） 清零（clearing） 闹钟 （alarm） QuartusII VHDL

三、正文

1、设计要求说明

本实验要求利用QuartusII软件平台设计一个多功能数字钟，并下载到SmartSOPC实验系统中，要求该数字钟在控制电路的作用下实现以下基本功能：

（1）可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，分别由六个数码管动态显示时分秒的计时；

（2）保持功能，即可以随时控制数字钟停在某一时刻不动，取消控制后数字钟仍能继续正常计时；

（3）清零功能，即可以随时控制数字钟的时分秒全部复位清零；

（4）快速校时、校分功能，即可以随时控制数字钟的时位或分位不受计时时钟的控制而快速校正到想要达到的位置，并且校分的同时不进位不影响时位的正确性；

（5）整点报时功能，即当时钟计到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；

（6）闹钟设定功能，即可以任意设定闹钟时间使数字钟报时。 在实验中我们在基本功能的基础上，又添加了以下功能：

（1）计星期功能，即除显示时分秒正常走时之外同时显示星期，并同样能够实现校星期的功能；

（2）闹钟显示功能，即可以通过开关控制显示闹钟时间或显示正常走时时间；

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（2）彩铃功能，即到达闹钟设定时间时音乐报时。

2、方案论证

为了实现以上多种功能，采取自顶向下的设计思路，先将该数字钟划分成若干个部分，再逐一细化设计，直至最终完成。

多功能数字钟整体设计基本结构框图如下：

如上图所示该数字钟共有以下六个部分组成： （1）计时电路 （2）脉冲发生电路 （3）译码显示电路 （4）报时电路

（5）校分电路（包含校分、校时、校星期） （6）清零电路

同时还附加了闹钟电路。

3、各子模块设计原理 （1）计时电路

a.基本原理

计时电路包含了时、分、秒的分别计时及进位：

首先，用三个计数器实现计时，分、秒均各自采用模六十的计数器，小时采用模二十四的计数器，则实现了六十分、六十秒、二十四小时的分别走时；

第二，秒、分、时三个计数器之间均采用同步的方式连接，即在同一个时钟的作用下，通过上一位的进位端驱动下一位的使能端，从而实现了六十秒进一分、六十分进一小时。

第三，为了实现保持功能，将保持开关信号与秒位的时钟端相与，当停秒时分时即停。 b.实现方式

本实验采用VHDL语言编程的方式实现了模六十和模二十四计数器，封装后经过连线构成整个计时电路。保持电路仅用以与门实现。 c.程序及电路图

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