数字钟的设计

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1、设设 计计 报报 告告课程名称课程名称 在系统编程技术在系统编程技术 任课教师任课教师 设计题目设计题目 数字钟数字钟 班班 级级 10 自动化（自动化（2）班）班 姓姓 名名 学学 号号 日日 期期 2013-5-25 目录目录摘要.3 一、题目分析.3 1、设计目的.3 2、指标与功能.3 3、总体方框图.4 4、设计原理.4 二、选择方案.4 1、方案论证与对比.4 (1)方案一.4 (2)方案二.5 (3)两种方案的对比.5 2、 设计方案.5 (1)顶层实体描述.5 (2)模块划分.6 （3）模块描述.7 （4）顶层电路图.8 三、 方案实现.9 1、各模块仿真及描述.9 2、顶层电

2、路仿真及描述.10 四、 硬件测试及说明.10 五、 结论.11 六、 课程总结.11 七、 附录.12 参考文献.16数字钟的设计数字钟的设计摘要摘要EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化，就是以大规模可编程器件为 设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，通过相关的软件，自动完成 用软件方式设计的电子系统到硬件系统，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。本次实 习利用 QuartusII 为设计软件、VHDL 为硬件描述语言，结合所学的数字电路的知识设计一 个 24 时多功能数字钟，具有正常时、分、秒计时，动态显示，清零、快速校时校分、整

3、点 报时、花样显示等功能。利用硬件描述语言 VHDL 对设计系统的各个子模块进行逻辑描述， 采用模块化的设计思想完成顶层模块的设计，通过软件编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑 综合优化、逻辑布线、逻辑仿真，最终将设计的软件系统下载设计实验系统，对设计的系 统进行硬件测试。一、题目分析一、题目分析1 1、设计目的、设计目的数字钟能够显示时、分、秒显示时间的功能，可以进行时和分的校对，还可以充当计 时器，而且灵活性强。2 2、指标与功能、指标与功能该数字钟钟由延时程序和循环程序产生的秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分 钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不

4、同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不 松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松， 则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一并通过一个控制键用来实现时间的调节和是 否进入省电模式的转换。应用 EDA 软件（QUARTUSII）实现数字钟系统的设计与仿真， 该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。3 3、总体方框图、总体方框图本系统可以由秒计数器、分钟计数器、小时计数器、整点报时、分的调整以及小时的调整和一个顶层文件构成。采用自顶向下的设计方法，子模块利用VHDL语言设计，顶层文件用原理图的设计方法。显示：小时采用2

5、4进制，而分钟均是采用6进制和10进制的组 合。图 1、系统方框图4 4、设计原理、设计原理数字钟电路设计要求所设计电路就有以下功能：时、分、秒计时显示，清零，时、分 调节，整点报时及花样显示。分、秒计时原理相似，可以采用 60 进制 BCD 码计数器进计 时；小时采用 24 进制 BCD 码进行计时；在设计时采用试验电路箱上的模式 7 电路，不需 要进行译码电路的设计；所设计电路具有驱动扬声器和花样显示的 LED 灯信号产生。二、选择方案二、选择方案1 1、方案论证与对比、方案论证与对比(1)(1)方案一方案一如图 2 所示：通过外部设置一个常数给计数器赋值来达到设置时间的目的。然后通过 计

6、数，显示输出，从而达到数字电子时钟的设计图 2、方案一结构图(2)(2)方案二方案二一、如图 3 所示：通过脉冲来控制计数器的初始值来达到设置时间的目的。然后通过 计数，显示输出，从而达到数字电子时钟的设计。图 3、 方案二结构图(3)(3)两种方案的对比两种方案的对比相同点：两方案均可通过给计数器赋初值来设置时间，进而计数来设计时钟。不同点：方案一是通过直接给计数器一个初值来设置时间。方案二是通过改变计数器 本身值来达到设置时间。显然，方案二设置时间是更灵活，更精确。且方案二简单易做。 所以我们选择方案二做。2、 设计方案设计方案(1)(1)顶层实体描述顶层实体描述该电子时钟的命名为 clock，其外部端口如图 3 所示。各个输入/输出端口的作 用如 下： （1）clk 为外部时钟信号，其频率为 1Hz，reset 为异步清零信号. （2） sethour 和 setmin 分别为调时调分脉冲输入信号，当 en_set 为高电平时，每来一个 sethour 脉冲或