数字电子技术课程设计
设计题目:数字电子钟设计
姓名： 学号：
班级：2013级自动化
指导教师：刘兰军、周丽芹、陈家林
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摘 要
本论文是关于数字电子钟的设计的研究，数字电子钟主要实现计时功能、校时功能、整点报时功能、闹钟功能。数字电子钟设计是基于QuartusII仿真设计通过VHDL语言编程的电子钟电路，其中包含了计时显示模块、校时模块、秒表模块、闹钟模块、整点报时模快等五个模块。计时模块是整个电子钟的核心模块，其余几个模块都是基于计时模块来完成工作；计时模块是把由振荡器产生的脉冲经过分频器后的脉冲作为时钟周期，然后通过两个60进制和一个24进制的计数器来是实现计时。通过VHDL语言和搭建电路实现上述各个模块的功能，对每个模块进行仿真，确保每个模块完全正确后。将顶层设计图下载到FPGA开发板上，通过调试和修改，实现电子钟的功能。
关键词：分频器；时钟周期；累加器；FPGA；QuartusII
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目录
摘 要 ........................................................................... 2 1设计指标 ...................................................................... 4
1.1 基本要求............................................................................................ 4
1.2 提高要求................................................................................................. 4 2方案论证 ...................................................................... 5
2.1 方案设计图............................................................................................. 5
2.2 电路联系框图......................................................................................... 6 3设计实现 ...................................................................... 6
3.1 分频模块............................................................................................... 6
3.2 消抖模块................................................................................................. 8 3.3秒表模块.................................................................................................. 9 3.4 闹钟、整点报时模块........................................................................... 10 3.5显示模块................................................................................................ 12 4设计验证 .................................................................... 12
4.1蜂鸣器仿真波形.................................................................................... 13
4.2分频器功能仿真.................................................................................... 13 4.3.秒表功能仿真........................................................................................ 13 4.4按键模块输入输出波形仿真................................................................ 14 4.5 Led数码管显示部分: ........................................................................... 14 5设计总结 .................................................................... 15 5.1系统实现的功能.................................................................................... 15
5.2展望........................................................................................................ 15
参考文献...................................................................................................................... 16 附 录............................................................................................................................ 17
1附顶层原理图........................................................................................... 17 2分频........................................................................................................... 17 3消抖........................................................................................................... 19 4显示........................................................................................................... 20 5译码........................................................................................................... 24 6闹钟........................................................................................................... 25 7模式选择................................................................................................... 26 8秒表........................................................................................................... 27
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1设计指标
1.1 基本要求
数字电子钟要具备的基本功能：
1.计时功能—正常的星期、时、分、秒计时，并由7只8段数码管分别显示； 2.校时功能---任意设置时钟的星期、时、分、秒，被设置项在设置时闪烁。长按按键时，被设置项迅速增加；
3.整点报时功能----当计时达到59分53秒时开始报时，蜂鸣器频率为2Hz，当到达59分59秒时，蜂鸣器频率为1kHz。
半点报时----当计时达到30分00秒时，蜂鸣器频率2Hz。 4.闹钟功能----设置任意时间，时钟到达时，闹钟功能开启。
5.秒表功能----通过功能键切换进入秒表功能时，按start键后，开始以ms为单位进行计时，并在数码管显示。
1.2 提高要求
除了电子钟具备的一般功能外，还应具备以下提高功能： 1. 数字钟有上午、下午之分，计“时”范围调整为00至11； 2. 实现万年历功能。 3. 不显示高位无效零。
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2方案论证
2.1 方案设计图
图 1
图1是整个电子钟设计的方案图。根据系统框图我们就可以大致明白整个电子钟的设计流程。从上图中我们可以看出，首先我们将系统时钟信号经过分频模块，分出所需的频率。然后在将分出的频率作为每个模块的时钟信号，使每个模块进行工作。看似电子钟各个模块相互独立，其实他们都存在内在的联系。通过这个较为完整的设计方案图，我们便可以进行电子钟的顶层设计，再进行各个模块的编程。最后通过仿真、调试便可实现电子钟的相应功能。
系统时钟提供50mhz的信号以后，通过分频电路产生不同频率的信号分别用于正常计时的秒单位，秒表的毫秒单位，动态数码管扫描，以及蜂鸣器发生，通过消抖以后的按键控制功能的选择；时间进制，分别采用不同进制的计数器，实现正常时间的显示；万年历，先赋予一个初始的时间，再将正常时间的时的进位赋给万年历的天，实现时间的加减；校时部分通过按键控制位选，以及单加连加；整点报时半点报时部分基本原理相同，将闹钟设定的时间，或者整点时间，半点时间，存储于存储器当中，再与当前正常显示时间进行比较，如果相同则蜂
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