多功能数字钟（一）
多功能数字钟（一）一、设计目的
1．掌握常见集成电路的工作原理和使用方法。
2．学会单元电路的设计方法。
二、设计原理
数字计时器是由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路和控制电路等几部分组成的，其中控制电
路按照设计要求可以由校分电路、清零电路和报时电路组成。具体的原理框图如图（一）所示。
图（一）数字计时器原理框图
下面对计时器的工作原理按其组成进行说明。
1． 脉冲发生电路
脉冲发生电路是为计时电路提供计数脉冲的，因为设计的是计时器，所以需要产生1Hz的脉冲
信号。这里可以采用石英晶体振荡器和分频器构成。
具体电路可由频率为f0=32768Hz=215Hz的晶振和14位二进制串行分频器CC4060实现。
CC4060最大分频系数是214，即
，则从CC4060上获得脉冲信号的最小频率为
，为了得到秒脉冲信号，还需要经过一个二分频电路，二分频电
路可以由触发器构成。
2． 计时电路
计时电路中的计数器，可以采用二——十进制加法计数器CC4518和四位二进制加法计数器
74161来实现。
3． 译码显示电路
译码器可以采用无需外加上拉电阻的四线——七线译码器7448来驱动共阴显示器。
4．报时电路
需要在某一时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号，
进行报时。例如若在2分38秒时需要报时，则可按下面的方法设计电路。
设分所对应的计数器的输出为：1Q1，1Q2，1Q3，1Q4；秒十位所对应的计数器的输出为：
2Q1，2Q2，2Q3，2Q4；秒个位所对应的计数器的输出为：3Q1，3Q2，3Q3，3Q4；其中Q4
为高位，Q1为低位。
在2分38秒时三个计数器的输出分别为：1Q41Q31Q21Q1=0010；2Q42Q32Q22Q1=0011；
3Q43Q33Q23Q1=1000 则此时的触发信号F=1Q22Q22Q13Q4 而报时脉冲信号可以由
CC4060输出分频信号中得到，低音选用1kHz，高音选用2kHz信号。
报时电路如图（二）所示：
图（二）报时电路
5． 校分电路
设置一个开关，当开关打到“正常”档时，计数器正常计数；当开关打到“校分”档时，
分计数器可以进行快速校分，即分计数器可以不受秒计数器的进位信号控制，而选通一
个频率较快的校分信号进行校分。校分电路参考原理图如图（三）所示：
图（三）校分电路
校分电路的工作原理是：正常计数时开关打在“1”电平，与非门2被选通，与非门1
被封锁，秒进位产生的脉冲送至分计数器的时钟端；当开关打在“0”电平时，与非门1被
选通，与非门2被封锁，校分信号送至分计数器的时钟端。校分信号可由CC4060的分频信号得到。
6． 清零电路
设计一个清零电路，使之具有开机清零和不掉电清零两种清零功能：开机清零是指在
电路刚刚上电时可以使所有的计数器自动复位，即从零开始工作；不掉电清零是指在
电路正常工作时，按动清零开关，使计数器全部回零。清零电路参考原理图如图（四）所示：
图（四）清零电路 多功能数字钟设计
一、设计任务：
（一）主体功能
用HDL设计一个多功能数字钟，包含以下主要功能：
1.计时及校时，时间可以24小时制或12小时制显示
2.日历：显示年月日星期，及设定设定功能
3.跑表：启动/停止/保持显示/清除
4.闹钟：设定闹钟时间，整点提示
（二）输入输出界面
输入：时钟输入，三个按键
输出：8位7段码，2个LED，一个蜂鸣器
三个按键从左到右为：Key3、key2、Key1，功能在不同模式下定义不同：
Key3：模式键ModeKey，
Key2：日历显示/设置选择键SetSelKey/启动与停止键StartPause，
Key1：闹钟时间显示/设置键SetKey/显示保持键HoldReset
8位7段码从左到右编号为8-1
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8
7
6
5
4
3
2
1
两个LED分别指示闹钟与整点提示的开关状态。
时钟输入后文再详细描述。
（三）仿真实验条件要求
试验板为EDA Pro2K实验开发系统，仿真芯片用Altera FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4。
由于实验板有限，大部分仿真在计算机上用maxplus或其它软件完成。当认为运行比较理想时，要按照后文的管脚定义，分配好管脚，编译成可下载的文件，到实验室申请做下载试验。要求能够实现主体功能，实验结果存在的问题，要在报告中分板其原因。
二、详细功能及状态描述：
总体分四种模式，由Key3(ModeKey)切换
（一）时间显示模式：
初始状态为24小时制显示当前时间：小时(8-7)/分(6-5)/秒(4-3)，2-1位不显。设置为12小时制时，第1位数码管显示上午/下午，上午显示A（AM），下午显示b（如果自己控制七段码也可以令其显示P）
按Key2显示当前日历：年(8-7)/月(6-5) /日(4-3) /星期(1)，第2位不显。释放Key2还原显示；
按Key1显示闹钟所定时间：24小时制下显示：小时(8-7)/分(6-5)，4-1位不显。12小时制下第1位数码管显示A/B。
按Key3(ModeKey)进入下一模式：跑表模式
（二）跑表模式
状态机如下图所示：
显示:小时(9-7)分钟(6-5)/秒(4-3)/百分秒(2-1)
按Key3(ModeKey)进入下一模式：校时/校日历
（三）校时模式
按Key2进行调节对像选择
小时
Key2
--->
分
Key2
--->
秒
清0
Key2
--->
24/12小时切换
Key2
--->
年
Key2
--->
月
Key2
--->
日
Key2
--->
星期
Key2
--┐
┘
按Key1一下，所调对像加1（或秒清0），长按Key1一秒钟以上，进入快调模式，所调对像每秒跳变8-10次。设置某一部分时，要断开相关的进位链，如：正在调分时，应忽略秒的进位脉冲，并且满60的进位也不能影响到后面的小时。
按Key3(ModeKey)进入下一模式：闹钟设定
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