《数字逻辑》之电子时钟课程设计.doc

数字逻辑课程设计报告 设计题目：数字电子钟组员：李堪普、翁现平、郑维坛、叶俏梦 指导老师：麦山 日期：2013/07/01实习题目指导教师职 称学生姓名学 号日 期摘要 数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，本次数字时钟电路设计采用GAL系列芯片来分别实现时、分、秒的24进制和60进制的循环电路，并支持手动校正的功能。关键词 数字电子钟；计数器；GAL1设计任务及其工作原理用集成电路设计一台能自动显示时、分、秒的数字电子钟，只要将开关置于手动位置，可分别对秒、分、时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。1.1工作原理本数字电子钟的设计是根据时、分、秒各个部分的的功能的不同，分别用GAL16V8D设计成六十进制计数器和用GAL22V10。秒的个位，设计成十进制计数器，十位设计成六进制进制计数器（计数从00到59时清零并向前进位）。分部分的设计与秒部分的设计完全相同；时的个位，设计成二进制计数器，十位设计为四进制计数器，当时钟计数到23时59分59秒时，使计数器的小时部分清零，进而实现整体循环计时的功能。2电路的组成2.1 计数器部分：利用GAL16V8D和GAL22V10芯片分别组成二十四进制计数器和六十进制计数器，它们采用同步连接，利用外接标准脉冲信号进行计数。2.2 显示部分：将三片GAL芯片对应的引脚分别接到实验箱上的七段共阴数码显示管上，根据脉冲的个数显示时间。3.3 分频器：由于实验箱上提供的时钟脉冲的时间间隔太小，所以使用GAL16V8D和GAL22V10芯片设计一个分频器，使连续输出脉冲信号时间间隔为0.5s3设计步骤及方法 3.1 分和秒部分的设计：分和秒部分的设计是采用GAL16V8D芯片来设计的60进制计数器，具体设计如图1示： 图1 分和秒部分设计图秒部分的设计是秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成从00-59的六十进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。3.2 小时的设计：具体设计如图2示：图2 小时部分设计图小时部分的设计是二十四进制的计数器，由00到23的二十四进制循环计数。3.3 分频器的设计分频器的设计原理是通过计数器把时钟源脉冲的频率降低。因T = 1/f,f=0.1M要使T=0.5s,则有f = 2所以0.1M / X = 2，得X=50000所以得做一个模为50000的计数器，这里用GAL16V8D和GAL22V10来构建。图3 分频器设计图6电路总体说明：正常显示：在外接分频器的作用下,将开关1打开，秒加法计数器开始记数，通过七段数码显示管显示秒的数字。当经过60个脉冲信号后，秒计数器完成一次循环。当秒计数器的由59变为00时，co由低电平跳到高电平，致使分加法计数器的cen使能端有效，分加法计数器加一，完成秒向分的进位。分进时和秒进分的原理一样。手动校正：原理如下表： cen adj 状态 1 X 计数 0 0 保持 0 1 校正（不进位）电路图总体设计如图3所示：7设计所用器材序号作用器材件数1六十进制计数器GAL16V8D、GAL22V103片2分频器GAL16V8D、GAL22V102片3导线若干8小结 在实验室泡了一个星期，我们小组终于把电子时钟弄出来了，期间遇到了很多问题，但是在我们的努力和老师的指导下都一一攻克了。其中有一个问题我们弄了两三天都没头绪，那就是电子时钟接上单脉冲时，秒进分没问题，但分进时就出现这样的问题：分在0到59的某个期间就向时进位，而且当接分频器时，秒进分，分进时都乱了。一开始我们都觉得代码没问题，应该是实验箱、芯片、导线等硬件问题，后来我们大胆地把异步计数改为同步计数就解决了这个问题。通过现象，让我们学到，考虑问题要周全，即使是一开始认为对的东西，也要用怀疑的心态来看待它，这样才能发现问题，从而解决问题。计算机系的同学相对偏软件，硬件的东西我们很少接触，所以很多同学很不喜欢数字逻辑这门课。做完这个电子时钟，我们发现自己有点爱上硬件设计了，小时候买的电子表，今天我们却能亲手弄出来，太兴奋了。兴奋的同时，我们初步掌握了abel-hdl语言以及ispEXPERT的使用以及对GAL系列芯片的设计方法有进一步的了解。在这里，我们想说，困难像弹簧，看你强不强，你强它就弱，你弱它就强。注：电子时钟芯片设计代码见附录一附录一秒计数器的代码：MODULE secTITLE secdeclarations clock PIN 1; cen PIN 2; adj PIN 3; /校正 co PIN 19 istype reg; /进位 q6.q4 PIN 18.16 istype reg; q3.q0 PIN 15.12 istype reg; D1=q6.q4; D0=q3.q0;equations D1.clk=clock; D0.clk=clock; WHEN !cen THEN when !adj then D1:=D1; D0:=D0; else WHEN (D0=9) THEN D0:=0; WHEN (D1=5) THEN D1:=0; ELSE D1:=D1+1; ELSE D0:=D0+1; D1:=D1; ELSE WHEN (D0=9) THEN D0:=0; WHEN (D1=5) THEN co:=1;D1:=0; ELSE D1:=D1+1; ELSE D0:=D0+1; D1:=D1; END分计数器的代码：MODULE minTITLE mindeclarations clock PIN 1; cen PIN 2; adj PIN 3; q6.q4 PIN 18.16 istype reg; q3.q0 PIN 15.12 istype reg; co PIN 19 istype reg; D1=q6.q4; D0=q3.q0;equations D1.clk=clock; D0.clk=clock; WHEN !cen THEN when !adj then D1:=D1; D0:=D0; else WHEN (D0=9) THEN D0:=0; WHEN (D1=5) THEN co:=0;D1:=0; ELSE D1:=D1+1; ELSE D0:=D0+1; D1:=D1; ELSE when(adj # !adj)then WHEN (D0=9) THEN D0:=0; WHEN (D1=5) THEN D1:=0; co:=1; ELSE D1:=D1+1; ELSE D0:=D0+1; D1:=D1; END时计数器的代码：MODULE houTITLE houdeclarations clock PIN 1; cen PIN 2; adj PIN 3; q6.q4 PIN 22.20 istype reg; q3.q0 PIN 19.16 istype reg; D1=q6.q4; D0=q3.q0;equations D1.clk=clock; D0.clk=clock; WHEN !cen THEN when !adj then D1:=D1; D0:=D0; else when(D1=2)&(D0=3) then D1:=0; D0:=0; else when(D0=9) then D0:=0;D1:=D1+1; ELSE WHEN (adj # !adj) then WHEN (D1=2)&(D0=3) THEN D1:=0; D0:=0; ELSE WHEN (D0=9) THEN D0:=0; D1:=D1+1; ELSE D0:=D0+1; D1:=D1; END分频器代码：GAL 22V10:MODULE Cnt10TITLE 10 bit binary counterDECLARATIONS clock PIN 1; cen PIN 2; co PIN 23; q8.q0 PIN 22.14 ISTYPE REG; D=q8.q0;EQUATIONS D.clk=clock; WHEN cen THEN D:=D+1; ELSE D:=D; co=cen&(D=511);ENDGAL 16V8D:MODULE Cnt_98TITLE mode 98 binary counterDECLARATIONS clock PIN 1; cen PIN 2; co PIN 19; q6.q0 PIN 18.12 ISTYPE REG; D=q6.q0; EQUATIONS D.clk=clock; WHEN cen&(D=97) THEN D:=0; ELSE D:=D+1; co=cen&(D=97);END14