数字逻辑设计及应用课程设计报告自动打铃器.doc

数字逻辑设计及应用课程设计报告自动打铃器

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数字逻辑设计及应用

课程设计报告

姓 名：
学 号：
选课号：
设计题号：

一．设计题目
自动打铃器
二．设计要求
1．有数字钟功能；
2．可设置六个时间，定时打铃;
3．响铃5秒钟。
三． 设计过程
1．总体方案
数字钟系统可以分为以下几大模块：时钟信号发生模块,基本计时模块，动态显示模块，控制电路模块，报时电路模块。
首先需要将系统时钟进行分频得到1HZ 时钟信号进行计时 计时电路采用了74LS160 二进制BCD 码计数器构成了模24 和模60 的计数器，进行时分秒的计时.为了避免产生逻辑冒险，计数器尽量采用了同步计数器。
译码显示电路采用的是动态显示的方案，动态显示使用数据选择器的分时复用功能，将任意多位数码管的显示驱动，由一个七段显示译码器来完成。
闹钟的主要部分是4个7485构成的16位数据比较器.闹钟设定时间和时钟时间做比较,然后给蜂鸣器信号闹钟。
2 。 各子模块设计原理
2.1 时钟信号发生模块
为了便于实现秒表的计时功能和报时功能，时钟信号发生模块共输出1HZ 100HZ 512HZ 1KHZ 的时钟信号，输入只有一个,就是系统时钟48MHZ。48MHZ 分频的具体实现为，将48 进制计数器和1K 进制计数器级联。通过计数器的最高位产生1HZ 信号，由于48 不是2 的整数次幂，所以分频得到的信号。占空比不为50%。各个模块的进位信号为各个模块的最高位。

下面为48分频电路:

下面为1000分频电路：

2。2 秒计数电路
用两片74160模10计数器设计一个模60计数器，当计数值为59时,下一个时钟信号给计数器置数0.
（1）秒计数的CLK时钟端用分频后的1hz输入。
(2）秒十位的sec［6］取非后输出用于分计数的进位脉冲。
（3）Clear输入用于清零端信号输入.
（4）输出sec［7。。0]作为秒计数器的值.

仿真波形如下：

2.3分计数电路
用两片74160模10计数器设计一个模60分计数器，当计数值为59时，因为要考虑到秒计时电路,所以还要输入一个当秒为59的信号，这样下一个时钟信号才能给计数器置数0。
电路图如下：

仿真波形如下：

2。4 小时计数电路
用两片74160以置数法设计一个模24计数器作为小时计数器电路。当秒计时为59，分计时为59时且小时计数为23时给置数端一个低电平信号置数。

仿真波形如下：

2.5动态数码显示电路

如上模块图，这个大的动态数码显示电路模块又分为4个小模块，分别为24选4MUX,显示译码器，计数器，译码器74138。基本原理如下，由一个模6的计数器产生的3位信号输入到24选4MUX和译码74138上，分别选出4位BCD码，和8位译码器中的6位。BCD码通过显示译码器得到7位接到数码管的7段上.因为整个模块为动显，所以计数器的时钟信号需要输入1khz。

2。6时钟校分电路
通过在计时电路钟添加附加电路来实现校分电路功能 K1=1，K2=0,K3=1时设定时钟分钟，给时钟分钟模块的低位使能端一个高电平,同时再通过非门后给置零端一个信号，当分钟走到59时候置零，从而不会出现在校分的时候出现走到60或者之后的数字。
K1=0，K2=0，K3=0时设定时钟小时设计的原理和分钟类似，条件改变了，当走到23的时候置零。
2。7 时钟清零电路
给计时电路的6个74160的清零端接到 一个开关上控制就行。
2.8闹钟模块
闹钟模块共有六路闹钟设定和时间比较模块，实现六路定时打铃。
2。8.1闹钟设定
闹钟的设定又一个模60计数器和一个模24计数器构成。
K1=1,K2=1，K3=0时设定闹钟分钟，原理和时钟校分电路一样.给闹钟分钟的低位使能端一个高电平，同时再通过非门后给置零端一个信号，当分钟走到59时候置零，从而不会出现在校分的时候出现走到60或者之后的数字。K1=0,K2=1,K3=1时设定闹钟小时，设计的原理和分钟类似，条件改变了，当走到23的时候置零。

2。8.2时间比较
将时钟的分钟和小时BCD码和闹钟的分钟和小时的BCD码输入到比较模块中，通过比较器得到信号，输给蜂鸣器，达到闹钟的效果。

四． 设计结论
通过仿真，最终证明此设计能正常的工作，实验过程中，大多数问题在自己的仿真调试下都得到了解决，培养了独立思考解决问题的习惯。学会了电路的故障排查，学会了怎样从问题出发，找到问题的根源，然后用相应的方法来解决问题.培养了严谨细心认真的品质。有些问题，看起来特别小,比如闹铃电路中模6计数器设计时误把“与非门”用成了“与门”，导致了无法正常的模6计数。但这些小的细节直接影响着实验的质量与结果。让我更加深刻地懂得了做任何事都要注意细节.

附录:VHDL程序
library ieee；
use ieee.std_logic_1164。all;
use ieee。std_logic_unsigned。all；
entity szz is
port（clk：in std_logic;
        clk1：in std_logic；
        md1：in std_logic;
        md2:in std_logic_vector(1 downto 0)；
        speak：out std_logic；
        dout：out std_logic_vector（6 downto 0）;
        selout:out std_logic_vector（2 downto 0))；
end szz;
architecture one of szz is
signal sel:std_logic_vector(2 downto 0)；
signal hou1：std_logic_vector(3 downto 0);
signal hou2:std_logic_vector(3 downto 0)；
signal min1:std_logic_vector(3 downto 0);
signal min2:std_logic_vector（3 downto 0);
signal seth1：std_logic_vector(3 downto 0);
signal seth2：std_logic_vector（3 downto 0);
signal setm1：std_logic_vector(3 downto 0）;
signal setm2:std_logic_vector（3 downto 0）;
signal sec1：std_logic_vector(3 downto 0）;
signal sec2:std_logic_vector（3 downto 0);
signal h1：std_logic_vector（3 downto 0);
signal h2：std_logic_vector（3 downto 0)；
signal m1:std_logic_vector（3 downto 0）；
signal m2：std_logic_vector(3 downto 0);
signal s1：std_logic_vector（3 downto 0）；
signal s2：std_logic_vector(3 downto 0)；
———--—--——-—-——--—-—------———-——---—----———————-—
begin
-——----———-—------—-——-—-—-—-———----—————--计数
choice：process（clk1）
begin
if clk1’event and clk1='1' then
if sel="101” then
sel〈="000”;
else
sel<=sel+1；
end if;
end if;
end process choice；
-——--———---—-——---—-—-—-——--——-—-———-—-—-—-——--小时十位
h110:process(clk,hou2，min1，min2,sec1,sec2,md1，md2）
begin
if clk'event and clk='1' then
if (hou1=”0010” and hou2="0011"）and(min1=”0101” and min2=”1001") and (sec1="0101” and sec2="1001")      then
hou1〈="0000";
elsif hou1="0010”and hou2=”0011”and md1='0' and md2="01” then-—当时间为23点且处于校时状态时
hou1〈="0000";
elsif (hou2="1001”and（min1=”0101" and min2="1001”) and （sec1="0101" and sec2=”1001"）)or (hou2="1001"and md1=’0' and md2=”01"）     then
hou1〈=hou1+1；
end if；
end if；
end process h110；
--——--————-——-—--——-—--—---——---—-——-—-----——-—小时个位
h220：process(clk，min1，min2,sec1,sec2，md1,md2，hou1)
begin
if clk'event and clk=’1’ then
if （hou1="0010” and hou2="0011")and（min1=”0101” and min2="1001"） and （sec1="0101" and sec2="1001"） then
hou2〈=”0000"；
elsif hou2=”1001”and(min1=”0101" and min2=”1001”） and （sec1=”0101" and sec2="1001”）     then
hou2<=”0000”;
elsif (hou2="1001”and md1=’0' and md2="01"）or (hou1="0010”and hou2=”0011"） then
hou2〈="0000";——md<='1';
elsif （（min1=”0101” and min2="1001”） and (sec1="0101” and sec2=”1001"))or (md1=’0' and md2=”01"） then
hou2<=hou2+1；--speak<=clk；
end if；
end if;
end process h220；
—---—---—-—-———----—----—-—--—-—----—-—---——---分钟十位
m110:process(clk,min2，sec1,sec2,md1，md2)
begin
if clk'event and clk=’1’ then
if (min1="0101” and min2="1001”) and （sec1="0101” and sec2=”1001”) then
min1〈="0000”;
elsif min1="0101"and min2="1001"and （md1=’0’ and md2="00”）then
min1〈=”0000”;
elsif (min2=”1001"and （sec1=”0101” and sec2=”1001”）） or (min2="1001”and md1='0' and md2=”00”)then
min1<=min1+1;
end if；
end if；—-end if；
end process m110；
—------—----—-——-——------—-———-—--—---—--———-—分钟个位
m220：process（clk,sec1,sec2，md1,md2)
begin
if clk'event and clk=’1’ then
if min2=”1001"and （sec1="0101” and sec2=”1001”）then
min2〈=”0000”;
elsif min2=”1001”and （md1='0’ and md2=”00"）then
min2<=”0000"；
else     if (sec1=”0101” and sec2=”1001”) or（md1=’0' and md2="00")then
min2<=min2+1；
end if;
end if；end if;
end process m220；
--——--———————-—-——--—--—-—---——---—--—-—--———秒十位
s110：process（clk）
begin
if clk'event and clk=’1’ then
if (sec1=”0101" and sec2="1001”）then
sec1<=”0000";
else if sec2=”1001"then
sec1<=sec1+1;
end if；
end if;end if;
end process s110;
-———--—-———————----—————————--——--—--—--——--秒个位
s220:process（clk)
begin
if clk'event and clk='1' then
if sec2=”1001" then
sec2〈=”0000";
else sec2<=sec2+1；
end if;
end if；
end process s220;
---—--——-————----—--—-———-—--—---—---—---—时间设置小时部分
sethour1：process（clk，seth2)
begin
if clk'event and clk=’1' then
if seth1=”0010"and seth2="0011" then
seth1〈=”0000"；
elsif seth2="1001”     then
seth1〈=seth1+1；
end if；
end if；
end process sethour1;
--—-——-----—-—-——-——-------—-----—-—--—-——-
sethour2:process（clk，md1,md2，seth1）
begin
if clk'event and clk=’1’ then
if (seth1=”0010”and seth2="0011"）or seth2="1001"then
seth2〈="0000";
elsif md1=’1’ and md2="00" then
seth2〈=seth2+1;
end if；
end if；
end process sethour2;
—-—--—--—-———-—-—--——-—----—------—-—--————时间设置分钟部分
setmin1：process（clk，setm2）
begin
if clk’event and clk='1’ then
if setm1="0101"and setm2=”1001”then
setm1〈="0000”;
elsif setm2="1001”then
setm1〈=setm1+1;
end if;
end if；
end process setmin1；
-———-—-——--———------—-—-————----—-———-——--———-
setmin2:process（clk，md1，md2)
begin
if clk'event and clk='1’then

if setm2="1001”then
setm2<=”0000”；
elsif md1='1' and md2="01"then
setm2〈=setm2+1；
end if;
end if;
end process setmin2;
———--——-----———————-—--—-——--——-------——---—
--——-—-————---—-—--—-—-------—--—-——-—-————-闹铃
speaker:process（clk1,hou1,hou2，min1,min2）
begin
if clk1'event and clk1=’1’then
if seth1=hou1 and seth2=hou2 and setm1=min1 and setm2=min2 then
speak<=clk1;
else speak〈='0’；
end if;
end if;
end process speaker;
-—----—---—-——----——--—-—-—-——--—-——-———---
—-—-——————-———---———-—---————-----—-—-----—
disp:process（sel,md1，hou1，hou2，min1，min2,sec1,sec2,seth1,seth2,setm1，setm2）
begin
if sel="000” then
selout<=”000”；
case h1 is
when ”0000"=〉dout<="0111111";
when "0001”=〉dout<=”0000110”;
when "0010"=〉dout<="1011011”;
when others =>dout〈="1000000";
end case;
elsif sel="001" then
selout〈=”001"；
case h2 is
when ”0000”=>dout〈="0111111”;
when ”0001”=〉dout<="0000110"；
when "0010"=>dout〈="1011011"；
when "0011"=〉dout〈="1001111"；
when "0100"=>dout<="1100110”；
when ”0101"=〉dout〈="1101101"；
when ”0110”=>dout〈=”1111101";
when "0111"=〉dout<=”0000111”；
when "1000"=>dout<="1111111”；
when ”1001"=>dout<=”1101111";
when others=〉dout<=”1000000”;
end case；
elsif sel="010” then
selout〈="010"；
case m1 is
when ”0000”=>dout〈="0111111”；
when "0001"=>dout〈="0000110"；
when "0010”=〉dout〈=”1011011";
when "0011"=>dout<="1001111";
when "0100"=〉dout<="1100110”;
when ”0101"=〉dout<="1101101";
when others=〉dout<=”1000000”；
end case;
elsif sel=”011" then
selout〈="011”;
case m2 is
when ”0000”=〉dout<="0111111";
when ”0001”=>dout<="0000110”；
when "0010"=〉dout〈="1011011”;
when ”0011”=>dout〈="1001111”；
when ”0100"=〉dout<="1100110";
when ”0101"=>dout<=”1101101”；
when "0110”=〉dout<="1111101";
when ”0111"=>dout〈="0000111"；
when ”1000”=〉dout<=”1111111”；
when "1001"=〉dout〈=”1101111”；
when others=〉dout<="1000000”;
end case；
elsif sel=”100” then
selout<="100”；
case s1 is
when "0000"=>dout<="0111111”;
when ”0001”=>dout<="0000110”；
when "0010”=>dout〈=”1011011”;
when "0011"=〉dout〈="1001111";
when "0100"=>dout<=”1100110”；
when ”0101”=>dout〈="1101101”;
when others=>dout〈=”1000000”;
end case；
elsif sel=”101” then
selout〈=”101";
case s2 is
when ”0000"=〉dout〈="0111111”；
when ”0001"=>dout〈=”0000110";
when "0010”=>dout〈=”1011011”;
when "0011"=>dout〈="1001111"；
when ”0100”=>dout〈=”1100110”；
when "0101"=>dout<=”1101101”；
when ”0110"=>dout<=”1111101”；
when ”0111”=〉dout〈="0000111"；
when "1000”=〉dout〈=”1111111”；
when "1001”=>dout〈="1101111";
when others=〉dout〈=”1000000"；
end case；
end if;
if md1=’0'     then————--—-———---—计时时间显示和设置模式
h1<=hou1；h2〈=hou2;
m1<=min1；m2〈=min2;
s1〈=sec1；s2〈=sec2;
else                 —————-———--闹铃时间现实和设置模式
h1〈=seth1；h2<=seth2;
m1<=setm1;m2<=setm2；
s1<=”1111”；s2<=”1111”;
end if;
end process disp；
——————----—--————-----—--———--—---—--—----
end     one;

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