多功能数字钟（一）

糖不甩

多功能数字钟（一）
一、设计目的
4 M1 b  D6 Z) [+ ?6 g7 a1．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。
$ d) c  `% s* p" F& s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。
2 L0 i$ j0 X, f3 O
1 g5 M3 g+ Z' ^, Q+ m
% o2 v8 n+ j  q9 M
% v$ k! w4 f! O, o
% f) L, `  V5 n8 r" x: f4 p( S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。
3 ]- B& D" ]9 j1 z1 H1． 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。
1 f7 J+ l( h/ q1 u  A+ q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。
7 \: U/ a' S# ~. V' }5 ZCC4060最大分频系数是214，即

. a, z. u5 y# V8 v6 v& j
8 `1 T) S; D8 f9 D% L3 O9 y
/ X) C5 x0 J0 Q4 `1 q* M，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。
( o+ z9 q# W' {$ w1 k2． 计时电路
  M6 @, {* y5 e% W; @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
( j; I- o4 J6 w  W74161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
+ m9 ~& {1 o9 O) }1 J6 W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。
; ?) D+ C' \1 q( d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
' C' F1 j8 w6 X: dCC4060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：
. W9 e- y: h# E' ^; X* J6 f
' l' M* ]/ r; P
, @' |6 ?& r- Z1 \5 R& a
8 ~+ J1 y9 ]: p8 {
$ \) z# Q! k) `6 m' n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
* {6 ?, V) i- K7 _5 Q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：



- N& i5 z6 `( x4 E$ k6 z; R2 {
图（三）校分电路
" F+ D5 T* [* B3 e; k0 C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
: h* C' Z" g7 o% N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
( V+ P: a# ?& x8 H' ~0 j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
- v6 u7 w5 _' l* v; J2 H7 @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
! B: B- ^/ R$ i: C" V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：
$ P2 A/ k5 ~4 Y


' w% ]5 ]- _1 x: |0 Y
图（四）清零电路

糖不甩

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
8 [' t) T- O3 O* ]8 X6 h) }) z4.闹钟：设定闹钟时间，整点提示
1 {! p: ], N3 }（二）输入输出界面
( @+ A" A: l% h- e' J8 h* N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，
  Z$ c( m' P; [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
4 @! R; o- R& o! A: r4 O. C8位7段码从左到右编号为8-1
) s- x. H0 p* {; ~; j: B2 E/ F━
┃ ┃
━
, \+ W9 Q2 i5 [4 o( j7 r┃ ┃
━
━
┃ ┃
━
┃ ┃
━
━
┃ ┃
━
( o9 @$ r" k1 I┃ ┃
━
━
7 z7 T' @# C# j, F┃ ┃
━
┃ ┃
━
━
$ \( `% P$ D% f# _┃ ┃
━
┃ ┃
━
, K8 z- w& X& g: d1 e6 f# H━
* e1 {  e( `7 t+ M: `, q8 k& Q┃ ┃
3 ?) u8 A  @, Q0 p  I) O' y━
1 w8 h+ X) l4 t: |$ J┃ ┃
" e* t: w8 w) X' w: L━
- \8 p2 f6 e* A: ]6 N: h" b━
┃ ┃
━
┃ ┃
3 K4 T2 P9 V4 ]# J& \━
━
┃ ┃
━
# N  O6 J9 I) k. k' I& y┃ ┃
+ x  m, h4 X1 P9 A━
4 j7 W2 q& z1 B9 S" h6 h( Q8
7
4 {1 ^" Y; g9 B5 O/ c+ g6 E6
5
4 r8 {4 J; [  n+ Z% d4
3
2
) |' R( |) `/ E) e1
' q* h: n+ S! _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。
7 C0 M% z* D& k  V（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。
/ S: U9 t% l, {9 a, O- t3 K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：
# [3 k! `9 \9 [" \0 f) t8 G+ a( L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；
$ s9 w$ O' |- b4 W: G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。
- A: _4 I3 b" a) W& m% _$ R按Key3(ModeKey)进入下一模式：跑表模式
. {* ]- P* o1 a6 y（二）跑表模式
状态机如下图所示：
7 I1 O7 f' Q2 t9 O" N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
  u( t! F3 r1 _- ~, U7 K( [（三）校时模式
( C& Q8 n9 d; ^, M& O按Key2进行调节对像选择
# T$ }8 Y! S% ~3 e: Y小时
Key2
--->
分
# |$ U9 k4 B2 F$ eKey2
' D% o+ j  Y7 C1 R5 L$ Z--->
8 O& k- L4 M5 i7 c7 ^, t秒
% B; o7 @' D7 G* E! a7 K% `, `清0
+ P* \/ s4 K7 n. y7 VKey2
--->
( }% w# y% s5 z5 c* m+ u& H0 h24/12小时切换
" @% E1 p. z  zKey2
--->
0 |, q. D8 z& u  H0 R# t+ z年
Key2
4 k" \- t8 K2 U--->
月
  v4 `) S: U, E; |0 `8 K# d* jKey2
- @2 L! t4 b0 n2 M0 K1 {. s--->
日
0 t! G' ?* E% W5 b* {( [$ [2 xKey2
--->
: g+ ?7 y# A% o2 _8 p; M, X星期
Key2
4 f3 f! N5 e7 D* N--┐
! n9 p7 _  D# W; O┘
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