多功能数字钟（一）

糖不甩

多功能数字钟（一）
一、设计目的
" }# m0 X  S+ N1．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。
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5 D  f$ q6 `& D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
, h& R: d! J0 |9 |- ~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
4 e# Q, p3 u3 R6 L" p! P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
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7 T0 O# b+ U" |! \- n" T，则从CC4060上获得脉冲信号的最小频率为
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2 E9 |& ~# g0 K1 _2 U4 o  w+ f) R，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
  y7 U- X( [' o* o6 k& _. j6 z4 Q路可以由触发器构成。
0 G" U" X0 ?# ]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
+ x( e8 k4 k* g8 Q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 D5 H/ `7 e/ [7 k4．报时电路
: e% U2 Z/ L9 P6 a. h$ T' `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：
* f8 U1 k9 k3 U$ O/ f2Q1，2Q2，2Q3，2Q4；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。
7 {2 S( B1 T  v% m在2分38秒时三个计数器的输出分别为：1Q41Q31Q21Q1=0010；2Q42Q32Q22Q1=0011；
  d8 }! E/ K: U6 L& X4 ~% D3Q43Q33Q23Q1=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：
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' L; ~. C: z0 ~( e* ^0 B图（二）报时电路
2 K1 O$ a, t6 a* ~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
" _$ B) }6 l" v& [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：
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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
! F( J/ R6 E8 U' A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
# v6 D# Q7 B' 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
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
" ], Y. d  s8 d0 e, @$ ?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：



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' s( r2 z, y* @1 K0 G( [图（四）清零电路

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多功能数字钟设计
6 D- Y. c- Z) J一、设计任务：
（一）主体功能
) U  E# [+ X( h( l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
4 t" m+ [: J  R/ F( S1 j$ Q3.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，
% f  R( V% L5 C) s% L3 g, |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
# a  L+ v0 }; b/ h8位7段码从左到右编号为8-1
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% a2 {8 W3 y% q! U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。
5 x7 M; u! H* R（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：
& \" b& l  E& W+ d/ w. N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：
9 ~& [# k- }+ f: l( 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
9 n# `# w% y, b! L0 z0 ~, ?8 m0 D$ d) r（三）校时模式
按Key2进行调节对像选择
小时
! R9 u/ {2 s, T( o& x) _Key2
/ B4 U4 ?6 I) a# S3 {  p--->
. y3 R5 e  {; G% g: ~/ @# k分
Key2
--->
秒
清0
6 W) n5 L) {4 N9 O' A. @- NKey2
" n' n) |* B, I, s* U. B--->
24/12小时切换
Key2
8 r1 b$ i. \0 E( Q4 b) S--->
年
( v3 h. a5 V3 @) @% T* PKey2
--->
月
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0 W+ K! o$ a3 x0 t' A--->
& P! d" Z5 p  i9 k7 R4 m9 j0 g) B日
Key2
# ~: g% _3 n  S: j) l' Z- f/ ~--->
星期
Key2
--┐
┘
# \+ m/ }9 O6 o6 J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。
2 o" |1 d, i+ ?+ \) Q; `, \: |按Key3(ModeKey)进入下一模式：闹钟设定