1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计2011 年 3 月 11 日课 程 EDA 技术课程设计 题 目 闹钟系统设计 院 系 电子科学学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 何学兰 学生学号 070901140102 指导教师 东北石油大学课程设计任务书课程 EDA 技术课程设计题目 闹钟系统的设计专业 电子信息工程 姓名 何学兰 学号 070901140102主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：设计并制作一个带闹钟功能的24小时计时器。它包括以下几个组成部分：1、显示屏，由4 个七段数码管组成，用于显示当前时间(时：分) 或设置的闹钟时间；2、数字键，实现09 的输入，用于输入新的时
2、间或新的闹钟时间；3、TIME( 时间)键，用于确定新的时间设置；4、ALARM(闹钟)键，用于确定新的闹钟时间设置，或显示已设置的闹钟时间；5、扬声器，在当前时钟时间与闹钟时间相同时，发出蜂鸣声基本要求：1、计时功能：这是本计时器设计的基本功能，每隔一分钟计时一次，并在显示屏上显示当前时间。2、闹钟功能：如果当前时间与设置的闹钟时间相同，则扬声器发出蜂鸣声。3、设置新的计时器时间：用户用数字键输入新的时间，然后按“TIME“键确认。在输入过程中，输入数字在显示屏上从右到左依次显示。例如，用户要设置新的时间12：34，则按顺序输入“1”，“2” ，“3”，“4”，与之对应，显示屏上依次显示的信
3、息为：“1”，“12” ，“123”，“1234“。如果用户在输入任意几个数字后较长时间内，例如5 s，没有按任何键，则计时器恢复到正常的计时显示状态。主要参考资料：1 潘松著.EDA技术实用教程 (第二版). 北京：科学出版社 ,2005.2 康华光主编.电子技术基础 模拟部分. 北京：高教出版社 ,2006.3 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003.完成期限 2011.3.11 指导教师 专业负责人 2011 年 3 月 7 日1一、总体设计思想闹钟不仅具有数字中的功能，还具有定时响铃的功能，是人们不可缺少的日程生活用品之一。闹钟是一个具有“时” 、 “分” 、 “秒”
4、显示的计时装置，其周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，当计时至满刻度时，系统自动清零，开始新的一天的计时。除此之外，该系统的时间可以进行调整，当闹钟计数至我们预先设定的时间，脑中的铃声响起，以提示人们时间到了。1. 基本原理在一个完整的闹钟系统的设计中，我们采用的是自顶向下的设计思想，整个系统由若干个模块组合来实现，包括计数模块、控制模块、译码模块、动态扫描输出模块、闹钟控制模块。设计闹钟时应考虑的问题有：闹钟能否计数、能否对计时时间进行调整，定时闹铃功能是否正常，动态扫描显示是否正常等等。2. 设计框图（1） 计数模块：按照时钟模式完成一天 24 小时的计时功能。
5、（2） 译码模块：根据计时模块的状态输出值来确定对应位的数据的，其输出是 7 段高低电平，以点亮相应的数码管；（3） 计数控制模块：根据外部控制信号，进行时钟计数的调整和计时的控制；2（4） 响铃控制模块：根据外部闹钟控制信号完成闹钟的定时，当计数模块计数到和该模块所设定的时间一致时，该模块将驱动蜂鸣器响铃；（5）分频器：根据外部的输入时钟，将外部时钟成两路信号，一路用于正常的计数，一路用于七段显示数码管的动态扫描输出；二、设计步骤和调试过程1、总体设计电路系统总体可分为五大部分：计数模块、分频模块、闹钟控制模块、数码转换模块以及扫描输出模块，其中计数模块包括“秒”位计数器（SECOND） 、
6、 “分”为计数器（MINUTE） 、 “时” 为计数器（HOUR）;分频模块包括分频器（F ） ，闹钟控制模块包括闹钟控制器（LINGSHENG）; 数码转换模块包括时位输出数码转换器（BCD_SHI） 、分为输出数码转换器（BCD_FEN） 、秒位数码转换器（BCD_MIAO） 、七段显示码输出器（SE71 ） 、输入数值转换器（F_S ）和（X_S）;扫描输出模块包括数据选择输出器（SAOMIAO ） 。其中，计数部分采用同步时钟。以下对各模块做详细介绍。2、模块设计和相应模块程序计数模块数码转换模块 扫描输出模块块计数控制模块闹钟控制模块3（1） 、分计时器（second1）-分钟十位m
7、110:process(clk,min2,sec1,sec2,md1,md2) beginif clkevent and clk=1 thenif (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“)thenmin1=“0000“;elsif (min2=“1001“and (sec1=“0101“ and sec2=“1001“) or (min2=“1001“and md
8、1=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)beginif clkevent and clk=1 thenif 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=“
9、1001“) or(md1=0 and md2=“00“)thenmin2=min2+1;end if;end if;end if;end process m220;（2） 、时计时器（hour1）-小时十位h110:process(clk,hou2,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2)beginif clkevent and clk=1 thenif (hou1=“00010“ and hou2=“00011“)and(min1=“0101“ and min2=“1001“) and (sec1=“0101“ and sec2=“1001“) then hou1=“000
10、00“;elsif hou1=“00010“and hou2=“00011“and md1=0 and md2=“01“ then-当时间为 23 点且处于校时状态时hou1=“00000“;elsif (hou2=“01001“and(min1=“0101“ and min2=“1001“) and (sec1=“0101“ and sec2=“1001“)or (hou2=“01001“and md1=0 and md2=“01“) then hou1=hou1+1;4end if;end if;end process h110;-小时个位h220:process(clk,min1,min
11、2,sec1,sec2,md1,md2,hou1)beginif clkevent and clk=1 thenif (hou1=“00010“ and hou2=“00011“)and(min1=“0101“ and min2=“1001“) and (sec1=“0101“ and sec2=“1001“) then hou2=“00000“;elsif hou2=“01001“and(min1=“0101“ and min2=“1001“) and (sec1=“0101“ and sec2=“1001“) then hou2=“0000“;elsif (hou2=“01001“and
12、md1=0 and md2=“01“) or (hou1=“00010“and hou2=“00011“) then hou2=“00000“;-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;（3） 、 报时模块（speak）-闹铃speaker:process(clk,hou1,hou2,min1,min2)beginif cl
13、kevent and clk=1thenif seth1=hou1 and seth2=hou2 and setm1=min1 and setm2=min2 then speak=clk;else speak=0;end if;end if;end process speaker;disp:process(md1,hou1,hou2,min1,min2,sec1,sec2,seth1,seth2,setm1,setm2)beginif md1=0 then h1=hou1;h2=hou2; -计时时间显示和设置模式m1=min1;m2=min2; s1=sec1;s2=sec2;else -闹
14、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;53、仿真及仿真结果分析（1） 、秒时钟仿真如图 5，s2 满 10 进 1，s1 满 6 进一，即完成 60 进制秒钟计时。图 5（2） 、分时钟仿真6图 6（3） 、报时仿真为了便于观察，此处定时为 18 秒，如图 speak 在 18 秒结束后被置高。（4） 、功能仿真 RTL 图7仿 真图84、实验调试结果在波形仿真时，,想要的结果不能在波形上得到正确的显示:在设定输入的时钟信号后，数字钟开
15、始计数，但是始终看不到小时、星期的循环计数。后来，在数十次的调试之后，才发现是因为输入的时钟信号对于小时、星期来说太短了。经过屡次调试，终于找到了比较合适的输入数值：分钟的初始值可以设为 57（58、59 都可以） ，小时的初始值可以设为 23，这样，仿真之后，就能清楚的看出分钟、小时的循环计数。另外，Endtime 的值需要设置的长一点：10us 左右，输入的时钟周期值要设置的短一点。三、结论及心得体会EDA 的课程设计持续了一周，但我仿佛还在当日，真是挥指之间，时光已匆匆的流逝。在这整整两个星期的日子里，我感受到了即是成功做出一个模块的欢喜，也是修改那无限 errors 时的忧愁，可以说是
16、无数次的苦尽甘来，换来了最后的成功。本身我就对课程设计相当有兴趣，这次能够应有一周的课程设计时间。我很欣慰，从第一天开始知道我的多功能时钟课题开始，我就第一时间跑去图书接资料，回去反复研究，从看懂程序开始入手。虽然开始有些棘手，但我觉得特别的兴奋，我不把困难当成拦路虎，反而成为我前进的动力，遇到困难不会就翻书，找不到就问同学，再不行就上网搜，实在不行就问老师，总之想尽一切办法找到解决方案。可是事与愿违，我的设计总是出现那么一小点点的问题，有时候编译就出现很多错误！通过这次设计，进一步加深了对 EDA 的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。同时也遇到了不少困难，特别是9各元件之间的连接，以及信号的
17、定义，总是出现错误，不过在细心的检查下，终于找出了错误和警告。总的来说，这次设计的数字钟还是让我学到不少东西，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，对今后的学习有了更充满了信心。参考资料1 潘松著.EDA 技术实用教程 (第二版). 北京：科学出版社 ,2005.2 康华光主编.电子技术基础 模拟部分. 北京：高教出版社,2006.3 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称 EDA 技术课程设计题目名称 闹钟系统的设计学生姓名 何学兰 学号 070901140102 指导教师姓名 职称序号 评价项目 指 标 满分 评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202 课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453 创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54 答辩 能正确回答指导教师所提出的问题。 30总分评语：指导教师： 2011 年 3 月 11 日
