數(shù)字電子實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)能顯示小時(shí)分秒的數(shù)字鐘

1、數(shù)字電子實(shí)習(xí)實(shí)習(xí)題目：報(bào)時(shí)式數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：吳勇 馬占輝 班 級(jí)：測(cè)控 08-2班 姓 名： 于國(guó)慶 學(xué) 號(hào)： 29號(hào) 目錄1、 軟件介紹3二、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求5三、 設(shè)計(jì)原理5四、 設(shè)計(jì)過(guò)程6五、 元器件清單13六、 實(shí)習(xí)心得14七、 參考文獻(xiàn)16一、 軟件介紹Max+plus開(kāi)發(fā)軟件是Altera公司自行設(shè)計(jì)的可編程邏輯器件的EDA開(kāi)發(fā)工具。它是一種與器件結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的集成設(shè)計(jì)環(huán)境，提供了靈活和高效的界面，允許設(shè)計(jì)人員選擇各種設(shè)計(jì)輸入方法和工具，能夠支持Altera公司的MAX、Classic、FLEX以及ACEX系列的PLD器件。Max+plus界面友好，使用便捷，被譽(yù)為業(yè)界最易用易學(xué)

2、的EDA軟件。在Max+plus上可以完成設(shè)計(jì)輸入、元件適配、時(shí)序仿真和功能仿真、編程下載整個(gè)流程，它提供了一種與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境，是設(shè)計(jì)者能方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。 Max+plus開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn) 作為最為流行的EDA開(kāi)發(fā)軟件，Max+plus為設(shè)計(jì)人員提供的豐富功能、靈活的操作界面是其他同類軟件無(wú)可比擬的。概括起來(lái)，此軟件主要有以下幾個(gè)特點(diǎn): 1、支持多種操作平臺(tái) Max+plus開(kāi)發(fā)軟件可在基于windowsNT4.0、windows95、windows98、windows2000、操作系統(tǒng)下運(yùn)行，也可在Sun SPARC Station、HP9000Series 70

3、0/800和IMB RISC System/6000工作站上運(yùn)行。 2、提供開(kāi)放性的界面 Max+plus支持與Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。 3、與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān) Max+plus系統(tǒng)的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可編程邏輯器件，提供了世界上唯一真正與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境。 4、完全集成化 Max+plus的設(shè)計(jì)輸入、處理與較驗(yàn)功能全部集成在統(tǒng)一的

4、開(kāi)發(fā)環(huán)境下，這樣可以加快動(dòng)態(tài)調(diào)試、縮短開(kāi)發(fā)周期。 5、豐富的設(shè)計(jì)庫(kù) Max+plus提供豐富的庫(kù)單元供設(shè)計(jì)者調(diào)用，其中包括74系列的全部器件和多種特殊的邏輯功能（Macro-Function）以及新型的參數(shù)化的兆功能（Mage-Function）。 6、模塊化工具 設(shè)計(jì)人員可以從各種設(shè)計(jì)輸入、處理和較驗(yàn)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇從而使設(shè)計(jì)環(huán)境用戶化。 7、硬件描述語(yǔ)言（HDL） Max+plus軟件支持各種HDL設(shè)計(jì)輸入選項(xiàng)，包括VHDL、Verilog HDL和Altera自己的硬件描述語(yǔ)言AHDL。 此外此軟件能直接閱讀到芯片的功能:最直接的幫助來(lái)自于Max+plus的Help菜單。若需要某個(gè)特定項(xiàng)目

5、的幫助信息，可以同<Shift>+<F1>鍵或者選用工具欄中的快速幫助按鈕“ ”。此時(shí)，鼠標(biāo)變?yōu)閹?wèn)號(hào)的箭頭，點(diǎn)擊“特定的項(xiàng)目”就可彈出相應(yīng)的幫助信息。這里的“特定項(xiàng)目”，可以包含某個(gè)器件的圖形、文本編輯中的單詞，菜單選項(xiàng)，甚至可以是一個(gè)彈出的窗口。二、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示小時(shí)，分，秒的數(shù)字鐘。具體要求如下：1、 完成帶時(shí)分秒顯示的24H計(jì)時(shí)功能；2、 能完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，要求當(dāng)數(shù)字鐘的分和秒計(jì)數(shù)器計(jì)59MIN52S 時(shí)，驅(qū)動(dòng)音響電路，四低一高，最后一聲高音結(jié)束，整點(diǎn)時(shí)間到；3、 完成對(duì)“時(shí)”和“分”的校時(shí)，并能對(duì)秒計(jì)數(shù)器清零。三、 設(shè)計(jì)原理 該數(shù)字時(shí)鐘由振蕩

6、器，分頻器，秒計(jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器，小時(shí)計(jì)數(shù)器，校時(shí)電路，報(bào)時(shí)電路和顯示電路等幾部分組成。小時(shí)計(jì)數(shù)器有24h計(jì)時(shí)和12h計(jì)時(shí)兩種，本時(shí)鐘用的是24h計(jì)時(shí)。校時(shí)電路可對(duì)分，小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行校時(shí)，報(bào)時(shí)電路可對(duì)整點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行音響報(bào)時(shí)。應(yīng)該將整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程分成各個(gè)模塊來(lái)設(shè)計(jì)，這樣既能理清設(shè)計(jì)的思路，又能在出錯(cuò)是迅速找到錯(cuò)誤根源并改正。小時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，利用一片74LS490和一些門電路構(gòu)成一個(gè)24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。分計(jì)數(shù)器是一個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，利用一片74LS490和一些門電路構(gòu)成一個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。秒計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)同分計(jì)數(shù)器。顯示電路由六位數(shù)碼管構(gòu)成。報(bào)時(shí)電路主要由高頻和低頻兩個(gè)時(shí)鐘脈沖組成。校時(shí)

7、電路是通過(guò)一些手動(dòng)開(kāi)關(guān)，門電路等組成的來(lái)控制分計(jì)數(shù)器，小時(shí)計(jì)數(shù)器的脈沖，以達(dá)到校時(shí)、校分的目的。四、 設(shè)計(jì)過(guò)程 打開(kāi)MAX-PLUS2軟件，它的快捷方式的圖標(biāo)是，在此環(huán)境下新建一個(gè)項(xiàng)目，當(dāng)點(diǎn)新建圖標(biāo)時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下圖一所示對(duì)話框，我們先選擇第一個(gè)，即Graphic Editor file, 圖一 此環(huán)境是設(shè)計(jì)原理圖的界面，然后開(kāi)始進(jìn)行自己的設(shè)計(jì)我做的是報(bào)時(shí)式數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)。選用了3片74490芯片引腳圖和功能表如下：可以看出這是10進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘脈沖是下降沿有效。設(shè)計(jì)時(shí)鐘的秒顯示，如下圖：如上圖，Q0Q3是秒的個(gè)位，Q4-Q7是秒的十位， G2是為后續(xù)校時(shí)電路做準(zhǔn)備的，由于74490時(shí)鐘脈沖是下

8、降沿有效，并且只有秒的個(gè)位是8和9的時(shí)候Q3才是高電平，當(dāng)個(gè)位向十位進(jìn)位的時(shí)候只需要把Q3接在高位的時(shí)鐘輸入端2CLK，當(dāng)秒的個(gè)位從9變0時(shí)Q3變會(huì)從高電平向低電平跳變一次，產(chǎn)生一個(gè)下降沿，這就會(huì)完成向高位的進(jìn)位。由于秒是60進(jìn)制的，并且此芯片是同步清零，清零端CLR高電平有效，所以當(dāng)秒的十位是6的時(shí)刻應(yīng)該把秒清零，而Q5和Q6是高電平時(shí)為6， Q5和Q6通過(guò)一個(gè)與門后產(chǎn)生高電平，把Q5和Q6通過(guò)一個(gè)與門連接到高位的清零端2CLR后，就完成了秒的清零設(shè)置。設(shè)計(jì)時(shí)鐘的分顯示，如下圖：時(shí)鐘的分鐘顯示是通過(guò)秒每到60的時(shí)候向分鐘進(jìn)位產(chǎn)生的，所以圖中的YY端接在秒電路圖中的Q5和Q6通過(guò)與門后的輸出端

9、。YY旁邊的非門是起直接產(chǎn)生下降沿的作用，因?yàn)闀r(shí)鐘脈沖是下降沿有效，圖中前邊的非門也是此作用。小時(shí)的顯示和分鐘的相似，但當(dāng)小時(shí)計(jì)到24時(shí)清零，如下圖：校時(shí)電路如下圖,用138譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)A端輸入是0時(shí)，對(duì)應(yīng)的是小時(shí)的校對(duì)，當(dāng)A端輸入是1時(shí)對(duì)應(yīng)的是分鐘的校對(duì)。G1是設(shè)置校時(shí)的，當(dāng)G1為1時(shí)，開(kāi)始對(duì)電路進(jìn)行校時(shí)，G2NB是對(duì)秒位的清零，電路正常計(jì)時(shí)是G1置0，G2NB置1。報(bào)時(shí)電路如下圖，由于報(bào)時(shí)是在從59分51秒開(kāi)始的，每隔一秒響一次，共響5次，前4次是低音，第五次是高音，低音高音是用頻率來(lái)控制的高音的頻率比低音的大。由于秒的十位5還有分位的59是確定的，1、3、5、7的二進(jìn)制最低位都是1，

10、因此，可以把相應(yīng)的位通過(guò)一個(gè)與門輸出，再與Q3（9的二進(jìn)制高位是1）相與，如果Q3對(duì)應(yīng)的是1，是高音，如果Q3對(duì)應(yīng)的是0，是低音，這樣就完成了報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)。各個(gè)模塊做完之后，就應(yīng)該組合電路并且調(diào)試，組合后的完整電路圖如下：連接好電路后，運(yùn)行電路，對(duì)應(yīng)的按鈕是“”，點(diǎn)擊后會(huì)出現(xiàn)下圖編譯沒(méi)有錯(cuò)誤，點(diǎn)擊確定，然后點(diǎn)擊Start，編譯完成后，再新建一個(gè)波形仿真圖，如圖，選擇下邊的框后單擊OK，之后保存文件。在文件的空白面單擊鼠標(biāo)右鍵選出所有的輸入輸出，設(shè)置時(shí)鐘脈沖后點(diǎn)擊按鈕，把所有的輸入設(shè)置好之后點(diǎn)擊按鈕，如果沒(méi)有錯(cuò)誤的話會(huì)直接顯示波形。波形圖如下：在電腦上調(diào)試好之后，就可以往機(jī)箱中下載了，在菜單中

11、選下的后再選下的設(shè)置保存之后把相應(yīng)的引腳按照說(shuō)明一次加入到芯片中，如下圖：完事后就可以把它下載到試驗(yàn)箱上了，在試驗(yàn)箱上通過(guò)給相應(yīng)的頻率和按鍵，便完成了設(shè)計(jì)。五、 元件清單序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1芯片74LS49032三線八線譯碼器74LS13813兩輸入與非門NAND234非門NOT35兩輸入或門OR236七輸入與非門NAND717兩輸入與門AND27六、 實(shí)習(xí)心得短短一周的實(shí)習(xí)結(jié)束了，在這一周的數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)中，我基本了解了報(bào)時(shí)式數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)原理，對(duì)Max+plusII軟件的應(yīng)用與基本設(shè)計(jì)方法有了基本認(rèn)識(shí)，同時(shí)也學(xué)會(huì)了自己設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單實(shí)用電路?？傊@次實(shí)習(xí)中讓我在實(shí)驗(yàn)技能方面的綜合水平得到

12、了一定的提升。在這周我們對(duì)MAX-Plus2軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，并進(jìn)行具體實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)。第一天里，首先是老師為我們?cè)敿?xì)的介紹了本周的實(shí)習(xí)目的與實(shí)習(xí)要求，并簡(jiǎn)單介紹了MAX-Plus2軟件的應(yīng)用，接下來(lái)我們開(kāi)始熟悉這個(gè)軟件，熟悉這些元器件的具體應(yīng)用，并能夠連接簡(jiǎn)單的電路。下午老師又針對(duì)本周的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了具體說(shuō)明，于是我們就開(kāi)始了復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程。起初我對(duì)于這些設(shè)計(jì)題目可以說(shuō)是很茫然，任何一個(gè)對(duì)于我來(lái)說(shuō)都很難，于是我開(kāi)始找一些參考書，看了一些相關(guān)的內(nèi)容，有了一點(diǎn)思路。與同組的成員商量了一下，決定既然有實(shí)習(xí)這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，想挑戰(zhàn)一下自己，要做就要盡力并爭(zhēng)取做到最好。在設(shè)計(jì)中可以說(shuō)遇到了很多困難，但是我覺(jué)得越是遇

13、到困難越要學(xué)會(huì)堅(jiān)持，要保持冷靜的頭腦，把問(wèn)題分成小塊并一塊一塊的解決，同時(shí)現(xiàn)在并不是自己一個(gè)人在孤軍奮戰(zhàn)，在和同伴的討論過(guò)程中我也學(xué)到了很多知識(shí)。于是我們按模塊從計(jì)數(shù)模塊、定時(shí)模塊、控制模塊、分頻模塊一步一步的往下做。無(wú)論到模塊的分析設(shè)計(jì)還是到最后的模擬驗(yàn)證，我們都在有條不紊的進(jìn)行中，因?yàn)槲抑乐挥性诿總€(gè)部分確保沒(méi)有錯(cuò)誤的前提下，才能使最后的結(jié)果能正確通過(guò)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們也碰到了許多解決不了的問(wèn)題，于是我們就請(qǐng)老師來(lái)指點(diǎn)迷津，每一次老師都很細(xì)心的為我們解答，從老師的指點(diǎn)中，我們也學(xué)到了一些知識(shí)，感謝老師多日來(lái)的耐心指導(dǎo)。在第三天的實(shí)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)了如何將原理圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程

14、中我們依然遇到了許多問(wèn)題。通過(guò)一步一步的改正，我們?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)果終于大體完成了，電路基本實(shí)現(xiàn)的一些功能但是還有一部分沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)，在原理圖中沒(méi)有問(wèn)題，那就應(yīng)該是硬件調(diào)試的問(wèn)題了，如果時(shí)間在充裕一些的話，我一定會(huì)爭(zhēng)取把它做出來(lái)的，并且保證每個(gè)功能都能實(shí)現(xiàn)，那才是我最高興的時(shí)刻。不過(guò)四天的辛苦與努力，我們還是基本完成了實(shí)習(xí)要求。第五天我們進(jìn)行了實(shí)習(xí)考核，考核時(shí)的任務(wù)是完成了，但我對(duì)自己還是有些不滿意，沒(méi)有達(dá)到我想想中的結(jié)果。后來(lái)我深刻的反思了一下：一個(gè)人之所以成功，是因?yàn)樗晒τ诿總€(gè)細(xì)節(jié)、成功于整個(gè)過(guò)程而不是最后的結(jié)果。自己不能為了最后的結(jié)果就忽略了其中的過(guò)程。每一個(gè)過(guò)程每一個(gè)步驟都要穩(wěn)扎穩(wěn)打，這才能對(duì)得起自己。感謝老師一周以來(lái)，對(duì)我們的悉心教導(dǎo)，使我受益匪淺。以后還會(huì)遇到很多問(wèn)題，希望能和老師多多溝通和探討?，F(xiàn)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室也在課余時(shí)間為同學(xué)開(kāi)放了，我會(huì)好好珍惜和利用自己的課余時(shí)間，多做些設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)提高自己的專業(yè)技能。勤能補(bǔ)拙是良訓(xùn)，一分