AHU-可编程逻辑系统

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摘要                                               

1 概述                                              

2 课程设计任务及要求                                

    2.1 设计任务                                      

    2.2 设计要求                                      

3. 详细设计                                           

     3.1设计的总体思路（流程）                        

     3.2 时钟正常运行模块                            

                3.2.1 功能

                3.2.2 设计思路和过程

                3.2.3 电路图

     3.3 设置时间模块                                 

                3.3.1功能

                3.3.2 设计思路和过程

                3.3.3电路图

        3.4 整点报时模块                                  

                3.4.1功能

                3.4.2 设计思路和过程

                3.4.3电路图

4. 系统测试                                         

5. 结论                                                

6. 收获、体会和建议。

                              

摘  要

        《可编程逻辑系统综合设计》是基于大二上学期所学的《数字逻辑》这门专业课进行的综合能力训练，旨在培养学生对基于Quartus II 仿真软件下的中大规模逻辑器件的使用能力。

        从时钟的发展史来看，它经历了机械表到电子表再到晶体管，再到现在的数字钟，现代时钟的功能已经十分完善了。在人类的正常生活生产中离不开时钟，因此本学期，学生在老师的指导下完成多功能时钟的设计，使用的基本器件包括但不限于，74193，7485比较器以及各种基础元件等。

数字电子时钟的功能包括：

1. 时钟正常时间运行（时、分、秒的初始设置及进位方式设置，时钟脉冲设置以及将其现实在七段数码管上)
2. 设置时间（即通过输入键使时间暂停后，设置不同的时间，可用于日常生产生活中的时间校准）
3. 使用蜂鸣器进行整点报时（增强多功能时钟的落地适用性）。

关键词：数字电子时钟

1.概述

数字电子钟是一种用数字显示秒，分，时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观，无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用:小到人们日常生活中的电子手表，大到车站，码头，机场等公共场所的大型数显电子钟都是数字电子钟应用的实例。

由图可见，数字电子钟有以下几部分构成:。

因此本学期，学生在老师的指导下完成多功能时钟的设计，使用的基本器件包括但不限于，74193，7485比较器以及各种基础元件等。

数字电子时钟的功能包括：

1. 时钟正常时间运行（时、分、秒的初始设置及进位方式设置，时钟脉冲设置以及将其现实在七段数码管上)
2. 设置时间（即通过输入键使时间暂停后，设置不同的时间，可用于日常生产生活中的时间校准）
3. 使用蜂鸣器进行整点报时（增强多功能时钟的落地适用性）。

2.课程设计任务及要求

2.1设计任务

1. 学会熟练使用数字逻辑实验箱，Quartus II 5.0开发软件
2. 掌握中大规模数字系统设计方法
3. 了解可编程阵列逻辑的概念

2.2设计要求

（1）设计一个有时，分，秒的电子钟（要求时钟可以正常走动，时钟包括秒钟，分钟，时针三个部分。秒钟部分周期为60，分钟部分周期为60，时针部分为24。当到达周期时，即24:00:00后可以重新计时）

(2）实现整点报警（每当小时达到整点后可以响起两声短促的滴滴声）

(3）可以设置时分秒（实现手动调节分钟，秒钟部分的数值，实现通过按键时间暂停，并且切换不同位达成加1操作）

(4）添加闹铃功能（选做）

（实现闹钟时间设置功能，即当切换到闹铃设置时，设置可以切换不同位，并且可以加1操作，完成闹铃设置功能。并且当闹铃时间到来的时候，发出闹铃，并延长闹铃响时间。）

3. 详细设计

3.1设计的总体思路（流程）

设计一个有时，分，秒的电子钟（要求时钟可以正常走动，时钟包括秒钟，分钟，时针三个部分。秒钟部分周期为60，分钟部分周期为60，时针部分为24。当到达周期时，即24:00:00后可以重新计时）；实现整点报警（每当小时达到整点后可以响起两声短促的滴滴声）；可以设置时分秒（实现手动调节分钟，秒钟部分的数值，实现通过按键时间暂停，并且切换不同位达成加1操作）

3.2 时钟正常运行模块

3.2.1 功能

电子时钟正常走时运行

3.2.2 设计思路和过程

利用74193计数器和7448芯片实现基本的累加运算

 

        分钟和秒钟设计思路基本一致都是使用模6和模10计数器，而比较特别的是小时的低位，需要根据小时高位进行计数器转换，当小时高位为0或1时，小时低位为模10 计数器；而当小时高位为2时，小时低位为模4计数器

 

 3.2.3 电路图

（1）模6计数器

（2）模10计数器

 

（3）时钟设置

3.3 设置时间模块

实现时钟暂停后的对应数位调整

3.3.1功能

（1）时钟暂停

要使时钟暂停，只要使秒钟低位与试验箱的脉冲隔绝即可。当停止按钮没有按下，时钟正常运行;当按下停止按钮，实验箱的时钟屏蔽，时钟停止。

（2）选择哪一位进行加1操作

（3）加1操作

3.3.2 设计思路和过程

（1）时钟暂停

为了实现当按下停止按钮时屏蔽实验箱的时钟，我采用了将秒钟低位的UP端连接实验箱时钟和停止按钮的非的与。当停止按钮没有按下，时钟正常运行;当按下停止按钮，实验箱的时钟屏蔽，时钟停止。

（2）选择哪一位进行加1操作

首先选择哪一位进行加1，对该位进行选中，并且有一次脉冲进行加1 操作。

（3）加1操作

要实现加1操作，要考虑到一个计数器加一来源有两个，一个是时钟正常运行时的进位操作，一个是手动加1的操作，所以可以通过一个或门实现两种情况均能加1的操作。

 3.3.3电路图

3.4 整点报时模块

实现在进位小时时蜂鸣器发出滴滴声

3.4.1功能

要实现整点报警，即每当分钟和秒钟部分都为0，而时针部分可以不用考虑。

3.4.2 设计思路和过程

即秒钟低位为0000，秒钟高位为0000，分钟低位为0000，分钟高位为0000，为了实现延迟几秒钟的功能，我采用了不判断秒钟低位的后两位，即秒钟低位的后两位是00，01，10，11均响报警。我用来两个与非门和一个与门实现该功能。

3.4.3电路图

4.系统测试

见附件视频

5.结论

通过五次课程的讨论与动手实践，我们基本完成了简单的数字电子钟的设计要求，实现了时间运行，设置时间与整点报时的基本功能，并且在多次不断试错后，最终在实际运行中，成功实践。

6.收获、体会和建议。

        通过本次实验，我们对数字逻辑电路中的中规模系统游览更进一步的认识，并且较为熟练的掌握Quartus仿真软件的使用方法，对于未来更深层链接底层逻辑与上层软件有一定帮助。

        同时在与队友讨论的过程中，发现并解决了很多小问题，使得对于该系统有了更深层次的认识，对于如何消除竞争与冒险，如何优化电路有了进一步的理解，更加明白了实验前认真规划，与队友积极讨论共同解决问题的重要性，也正是不断的重复试验才使得电路图在不断完善，不断优化中变得更好。