揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)課程：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)專業(yè)：班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：2016.6.4總目錄第一部分：任務(wù)書第二部分：課程設(shè)計(jì)報(bào)告第一部分任務(wù)書數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)計(jì)劃方案設(shè)計(jì)；(一天)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的技術(shù)指導(dǎo)和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證，確定出方案電路，畫出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信號概貌的框圖。電路設(shè)計(jì)：(一天半)根據(jù)方案設(shè)計(jì)框圖，并畫出詳細(xì)的邏輯圖裝配圖設(shè)計(jì)：(半天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計(jì)出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管腳號以及器件布置的實(shí)際位置)。同時(shí)配以必要的文字說明。電路制作：(一天半)對選定的設(shè)計(jì)，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實(shí)驗(yàn)?？偨Y(jié)鑒定：(半天)考核樣機(jī)是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長期可靠地工作，并寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的目的本課程是在學(xué)完《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)做訓(xùn)練。主要包括：方案論證、系統(tǒng)電路分析、單元功能電路設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝調(diào)試、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、系統(tǒng)綜合調(diào)試與總結(jié)等。使學(xué)生在《數(shù)字電子技術(shù)》基本知識、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識、水平諸方面得到全面提高，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，為培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才打下重要基礎(chǔ)。通過本課程設(shè)計(jì)可培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、工程意識和創(chuàng)新精神。真正實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)際動(dòng)手能力相結(jié)合的教學(xué)改革要求。二、課程設(shè)計(jì)的要求1、加強(qiáng)對電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會查尋資料、方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的能力。2、獨(dú)立開展電路實(shí)驗(yàn)，鍛煉分析、解決電子電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由知識向技能的轉(zhuǎn)化。3、獨(dú)立書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，報(bào)告應(yīng)能正確反映設(shè)計(jì)思路和原理，反映安裝、調(diào)試中解決各種問題。三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1、方案設(shè)計(jì)；(一天)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的技術(shù)指導(dǎo)和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證，確定出方案電路，畫出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信號概貌的框圖。電路設(shè)計(jì)：(一天)根據(jù)方案設(shè)計(jì)框圖，并畫出詳細(xì)的邏輯圖裝配圖設(shè)計(jì)：(半天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計(jì)出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管腳號以及器件布置的實(shí)際位置)。同時(shí)配以必要的文字說明。電路制作：(一天半)對選定的設(shè)計(jì)，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實(shí)驗(yàn)。總結(jié)鑒定：(半天)考核樣機(jī)是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長期可靠地工作，并寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。四、設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容數(shù)字時(shí)鐘電路（1）、具有“時(shí)”“分”的數(shù)字顯示時(shí)鐘；（2）、“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時(shí)”和“分”之間“：”間隔閃亮；（3）、具有校分和校時(shí)功能（同時(shí)數(shù)碼管閃爍）；（4）、具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（59分50秒開始間歇報(bào)時(shí)）；（5）、控制操作按鍵不得超過一個(gè)。。五、設(shè)計(jì)要求用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路；在實(shí)驗(yàn)箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路。部分課題要求用可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；在EDA編程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真。寫出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。六、器件與器材1、BCD七段顯示譯碼器 CD45112、LED共陰七段數(shù)碼管BS2073、微動(dòng)開關(guān)、撥盤開關(guān)、繼電器、LED、電阻、電容、二極管、三極管、光敏二、三極管、導(dǎo)線……等。4、工具(鑷子、剪刀、萬用表……)七、使用儀器設(shè)備穩(wěn)壓電源(±5V，±15V)；實(shí)驗(yàn)電路箱；信號發(fā)生器；示波器PC機(jī)（裝有MAX+PLUSII軟件）；EDA編程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱等。八、參考文獻(xiàn)1、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材；2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書”；3、“集成電路特性應(yīng)用手冊”；EDA技術(shù)使用教程其他。九、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告主要內(nèi)容任務(wù)及要求；系統(tǒng)整體框圖及方案特點(diǎn)；可編程器件概述；各單元模塊的設(shè)計(jì)（原理圖設(shè)計(jì)或者VHDL程序設(shè)計(jì)）及仿真結(jié)果說明(應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)整體框圖寫)；頂層原理圖的設(shè)計(jì)及說明；頂層原理圖的仿真結(jié)果及說明；CPLD器件的編程下載；硬件電路的實(shí)現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(給出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析)；10、設(shè)計(jì)、調(diào)試中出現(xiàn)問題的解決；11、改進(jìn)意見及收獲體會等。第二部分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄1課程設(shè)計(jì)的目的及要求…………101.1課程設(shè)計(jì)的目的…………101.2課程設(shè)計(jì)的要求…………102設(shè)計(jì)方案………102.1總方案框架圖……………102.2方案特點(diǎn)…………………113電路設(shè)計(jì)………113.1底層電路原理…………113.2數(shù)字時(shí)鐘總電路原理…………………144仿真結(jié)果及分析………………154.1底層電路仿真結(jié)果……154.2總電路仿真結(jié)果………175數(shù)字時(shí)鐘的安裝及調(diào)試………175.1電路安裝………………175.2電路調(diào)試………………185.3實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決方法………186改進(jìn)意見及收獲體會…………197參考文獻(xiàn)………198附錄……………191課程設(shè)計(jì)的目的及要求1.1課程設(shè)計(jì)的目的本課程是在學(xué)完《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)做訓(xùn)練。主要包括：方案論證、系統(tǒng)電路分析、單元功能電路設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝調(diào)試、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、系統(tǒng)綜合調(diào)試與總結(jié)等。使學(xué)生在《數(shù)字電子技術(shù)》基本知識、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識、水平諸方面得到全面提高，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，為培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才打下重要基礎(chǔ)。通過本課程設(shè)計(jì)可培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、工程意識和創(chuàng)新精神。真正實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)際動(dòng)手能力相結(jié)合的教學(xué)改革要求。1.2課程設(shè)計(jì)的要求用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路；在實(shí)驗(yàn)箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路；部分課題要求用可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；在EDA編程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真；寫出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。2設(shè)計(jì)方案2.1總方案框架圖分顯示器時(shí)顯示器分顯示器時(shí)顯示器發(fā)光二極管分譯碼器時(shí)譯碼器發(fā)光二極管分譯碼器時(shí)譯碼器秒計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器分頻電路校時(shí)電路分頻電路校時(shí)電路振蕩器振蕩器喇叭整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路喇叭整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路2.2方案特點(diǎn)時(shí)鐘的分和秒都為六十進(jìn)制，時(shí)采用二十四進(jìn)制，脈沖信號由外部提供；電路具有校時(shí)功能，校時(shí)開關(guān)以校時(shí)，校分，計(jì)時(shí)這三種功能依次循環(huán)；時(shí)和分通過數(shù)碼管顯示，秒閃爍，不顯示具體數(shù)字；59分50秒時(shí)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，報(bào)時(shí)聲四短一長。3電路設(shè)計(jì)3.1底層電路原理1、分和秒電路原理分和秒都是六十進(jìn)制的電路是，是通過兩個(gè)74160實(shí)現(xiàn)的，到第五十九個(gè)脈沖就會產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出。下一個(gè)脈沖輸出都會置零。輸出會通過74LS譯碼后在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)時(shí)間。2、時(shí)的電路原理該電路功能也是由兩個(gè)74160實(shí)現(xiàn)的，到第二十三個(gè)脈沖到時(shí)會產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出，下個(gè)脈沖的到來會讓輸出置零，輸出的結(jié)果會通過74LS譯碼后在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的時(shí)間。3、校時(shí)開關(guān)控制電路原理這是用74160實(shí)現(xiàn)的三選一電路，輸出端Q0對應(yīng)校時(shí)開關(guān)，Q1對應(yīng)校分開關(guān)，00狀態(tài)時(shí)為計(jì)時(shí)狀態(tài)。4.校時(shí)電路原理校時(shí)功能是通過兩個(gè)與或門實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)Q0為1時(shí)，校時(shí)電路被選通，時(shí)的計(jì)時(shí)電路被封鎖，從而實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能；當(dāng)Q1為1時(shí)，校分電路被選通，分的計(jì)時(shí)電路被封鎖從而實(shí)現(xiàn)校分功能；當(dāng)Q0Q1為0時(shí)，校時(shí)校分電路都被封鎖，正常計(jì)時(shí)。二分頻電路原理二分頻的功能我們是通過編程合成集成塊實(shí)現(xiàn)的，具體程序如下：Libraryieee;Useieee.std_logic_1164.all;Useieee.std_logic_unsigned.all;Entityd2isPort(clk:instd_logic;Y:outstd_logic);Endd2;Architecturebhofd2isSignala:std_logic;Beginprocess(clk)beginifclk'eventandclk='1'thenifa='0'thena<='1';elseifa='1'thena<='0';endif;endif;endif;endprocess;Y<=a;Endbh;閃爍電路原理閃爍電路與秒的跳動(dòng)同步，與秒接同一個(gè)輸入脈沖即可。報(bào)時(shí)電路原理由于時(shí)鐘59分50秒開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，且報(bào)時(shí)聲四短一長，讓電路在59分51、53、55、57、59秒時(shí)給外接的喇叭高電平即可，同時(shí)第59秒的頻率要比其它四個(gè)時(shí)間點(diǎn)高。3.2數(shù)字時(shí)鐘總電路原理總電路圖如下：這是一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘的總電路，時(shí)為二十四進(jìn)制，分和秒都為六十進(jìn)制，分和時(shí)的數(shù)字輸出將通過外部電路的顯示管顯示出來，秒不顯示數(shù)字，但會外接一個(gè)二極管閃爍。該電路還有校時(shí)功能，通過三選一電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)、分、秒的連接中，我們考慮到電路既要有計(jì)時(shí)功能又要有校時(shí)功能，就用與或門將秒的進(jìn)位輸出與分的脈沖信號輸入，分的進(jìn)位輸出與時(shí)的脈沖信號輸出分別連接起來。正常計(jì)時(shí)時(shí)，進(jìn)位輸出被選通，每進(jìn)一位產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，當(dāng)處于校時(shí)功能時(shí)，總的脈沖信號被選通，每秒產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號。該數(shù)字鐘還有報(bào)時(shí)功能，在59分51、53、55、57、59秒時(shí)外接的喇叭會報(bào)時(shí)。4仿真結(jié)果及分析4.1底層電路仿真結(jié)果1、六十進(jìn)制仿真波形到59時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位輸出，下一個(gè)脈沖到來即從0開始計(jì)數(shù)，仿真波形正確。2、二十四進(jìn)制仿真波形到23時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位輸出，下一個(gè)脈沖到來即從0開始計(jì)數(shù)，仿真波形正確。3、開關(guān)控制仿真波形Q0對應(yīng)校時(shí)開關(guān)，Q1對應(yīng)校分開關(guān)，當(dāng)Q0，Q1都為0時(shí)正常計(jì)時(shí)，三個(gè)狀態(tài)依次循環(huán)，仿真波形正確。4、校時(shí)仿真波形按三次校時(shí)功能鍵K，依次校時(shí)，校分，計(jì)時(shí)，校時(shí)為4:04:18開始正常記時(shí)，仿真波形正確。5、二分頻仿真波形輸出波形的頻率是輸入頻率的二分之一，仿真波形正確。6、閃爍仿真波形閃爍指示波形如輸出C所示，每秒出現(xiàn)一個(gè)上升沿，仿真波形正確。7、整點(diǎn)報(bào)時(shí)仿真波形在59分51、53、55、57、59秒時(shí)Y輸出都出現(xiàn)波形，實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，仿真波形正確。4.2總電路仿真結(jié)果外接脈沖CLK為頻率為2Hz，需二分頻電路連接后再接入秒計(jì)時(shí)，同時(shí)發(fā)光二極管閃爍，如輸出C波形所示，當(dāng)校時(shí)功能建按下第一次時(shí)即K出現(xiàn)第一個(gè)高電平，開始校時(shí)，出現(xiàn)第二個(gè)高電平開始校分，出現(xiàn)第三個(gè)高電平開始正常計(jì)時(shí)；在59分50秒開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，Y輸出有五段脈沖顯示。仿真波形正確。5數(shù)字時(shí)鐘的安裝及調(diào)試5.1電路安裝1、將設(shè)計(jì)好的電路固定好引腳后下載到芯片中去，固定好引腳的電路圖如下：2、在實(shí)驗(yàn)板上連接電路，總裝配圖如下：5.2電路調(diào)試1、接通電源后二極管閃爍，顯示管從00:00開始計(jì)時(shí)；2、撥動(dòng)開關(guān)，依次驗(yàn)證校時(shí)，校分，計(jì)時(shí)功能；3、將分調(diào)到57，等到59分時(shí)驗(yàn)證整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。5.3實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決方法在設(shè)計(jì)電路的過程中，本打算用編程的方法來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制的，但編程時(shí)的輸出設(shè)計(jì)為總線，不知道該怎樣用分線輸出，后來請教同學(xué)才知道分線輸出的方法。數(shù)字時(shí)鐘總線路連好調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)分的輸出錯(cuò)誤，計(jì)數(shù)不連續(xù)且不為六十進(jìn)制，經(jīng)檢查線路后發(fā)現(xiàn)是芯片連到分譯碼器時(shí)有線接錯(cuò)了，將線重新連接后再次調(diào)試，電路顯示正常了。6改進(jìn)意見及收獲體會本次課程設(shè)計(jì)，我們組的題目是數(shù)字時(shí)鐘的電路設(shè)計(jì)。在正式開始做設(shè)計(jì)之前，我們先到圖書館