数电自主实验——多功能电子表的设计与实现
单片机实现的多功能数字电子表设计报告
目录1、目的............................................................ .. (2)2、课题内容 (2)3、主要技术指标 (2)4、课题分析与硬件电路设计原理 (2)5、系统框图 (4)6、方案选择与元器件选择 (4)7、软件设计依据与分析 (7)8、附录 (12)9、附录一设计总结与体会 (12)10、附录二元器件清单 (13)11、附录三系统调试记录......................................................... . (14)12、附录四参考文献......................................................... (16)13、附录五整机电路图......................................................... .. (17)14、附录六源程序清单......................................................... .. (18)多功能数字电子表设计报告一、目的1、使学生将所学的“数字电子技术”和“单片机原理”等相关知识应用于实践。
培养学生理论联系实际的工作作风，提高学生的动手能力。
2、学会用“计算机辅助分析设计软件”对该题目进行分析、设计与仿真，并打印出仿真结果，提高学生对计算机的应用水平。
3、掌握电路的焊接、安装、调试技术，培养学生的工程意识，提高学生分析并解决实际问题的能力，激发学生对产品开发的兴趣，培养学生的科技创新精神。
二、课题内容设计并制作符合以下要求的“多功能数字电子表”，并撰写分析设计报告。
1、基本要求：（2010-11-11）（1）、计时功能：显示时、分、秒；（2）、定闹功能；（3）、秒表功能；（4）、倒计时功能。
2、提高要求：（1）、增加“语音报时”功能；（2）、增加“电子日历”功能。
多功能电表课程设计
多功能电表课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解多功能电表的基本工作原理和功能特点；2. 掌握多功能电表的使用方法，包括电压、电流、电阻的测量；3. 学会读取和解读电表测量数据，进行简单的数据分析和计算。
技能目标：1. 能够正确操作多功能电表，进行基本的电学实验测量；2. 培养学生动手实践能力，通过实际操作解决电学问题；3. 提高学生分析数据、解决问题的能力，形成科学探究的思维。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理实验的兴趣，激发学习热情和积极性；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验安全，遵循实验规范；3. 增强团队合作意识，培养学生相互协作、共同探究的精神。
本课程针对初中物理学科，结合学生年级特点，注重理论与实践相结合，以多功能电表为载体，培养学生实际操作能力和科学探究精神。
课程目标具体、可衡量，旨在让学生在掌握基本电学知识的同时，提高实践技能和情感态度价值观。
后续教学设计和评估将以此为基础，确保课程目标的实现。
二、教学内容本章节依据课程目标，紧密围绕多功能电表的使用和电学基础知识，选择以下教学内容：1. 多功能电表的结构与原理：介绍电表的组成部分、工作原理，结合教材相关章节，使学生理解电表的内部构造及其测量原理。
2. 电表的正确使用方法：详细讲解电压、电流、电阻测量的操作步骤，强调注意事项，确保学生能够正确使用电表进行实验。
3. 电表测量数据的读取与分析：教授如何读取电表显示的数据，并进行简单的数据分析和计算，结合教材实例，提高学生分析问题的能力。
4. 实践操作与实验：安排电学实验，如测量电压、电流、电阻等，巩固理论知识，培养学生动手实践能力。
5. 教学内容的安排和进度：- 第一节课：多功能电表的结构与原理，认识电表的各个部分及其功能；- 第二节课：学习电表的正确使用方法，进行简单的电压、电流测量实验；- 第三节课：读取和分析电表测量数据，进行实际操作练习；- 第四节课：综合实验，巩固所学知识，提高实践能力。
电工自主设计实验--简单数字电子表的设计
简单数字电子表的设计1.实验目的熟悉掌握有关时序逻辑电路的组成原理；理解有关简单数字电子表的设计与制作原理；掌握有关74LS系列等集成器的用法。
2.总体设计方案或技术路线数字电子表的逻辑框图如图1所示。
它由计数器、译码显示器和较时电路组成。
图1数字电子表逻辑框图3.实验电路图3.160进制计数器图260进制计数器3.224进制计数器图524进制计数器3.37进制计数器图67进制计数器表274LS161功能表输入输出CLK LD CLR ENP ENT QX X0X X全“L”↓01X X预置数据↓1111计数X110X保持X11X0保持3.4译码显示电路图7译码显示电路表374LS47引脚功能表-七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LT RBI D C B A a b c d e f g0H H0000H0000001 1H X0001H1001111 2H X0010H0010010 3H X0011H0000110 4H X0100H1001100 5H X0101H0100100 6H X0110H1100000 7H X0111H0001111 8H X1000H0000000 9H X1001H0001100 10H X1010H1110010 11H X1011H1100110 12H X1100H1011100 13H X1101H0110100 14H X1110H1110000 15H X1111H1111111 BI X X X X X X L1111111 RBI H L0000L1111111 LT L X1111H00000003.5校时电路图8校时电路4.仪器设备名称、型号器件大小和数目型号七段显示器7个译码器7个74LS48D 计数器7个74LS161D 计数器3个74LS90D 两输入端与非门15个74LS00D 三输入端与非门1个74LS10D 两输入端或门1个74LS08D 非门3个74LS04D 单刀开关3个R1 3.3KR2 3.3KR3 3.3KR4 4.5KR5 3.3KR6 3.3KC110nfC210nfC30.1ufC41ufC510nf5.理论分析或仿真分析结果将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
多功能数字电路实验仪的设计与实现分析
多功能数字电路实验仪的设计与实现分析1多功能数字电路实验仪的设计多功能数字电路实验仪是一种综合性实验仪器，主要应用于学校实验室教学或其他电子产品研发检测。
数字电路实验仪对大学电子技术专业学生及电子爱好者具有很大的帮助。
为了满足用户不同实验需求，多功能数字电路实验仪的设计既要考虑操作简单，又要实现功能全面。
为了满足实验需求，多功能数字电路实验仪的设计要满足几个关键要求，首先是实验功能的多样性。
实验仪的功能要涵盖普遍的数字应用，如数字时钟，（1引脚带定时）复数算术器，可控硅等，以及应用更加复杂的有线/无线通信，存储器的使用及多传感器的接口等。
此外，多功能数字电路实验仪的设计要考虑到用户的易用性。
为了让实验仪能够更好地满足实验者需求，专门设计了数字化操作按钮，并结合LCD显示屏，实现对实验仪器操作的快捷、直观。
同时，多功能数字电路实验仪的设计还需要考虑其安全性，加有过载保护以保证实验仪的完好使用，并配有U-形夹子来防止测试耦合。
2多功能数字电路实验仪的实现分析多功能数字电路实验仪系统包括实验仪主机与扩展实验部件，实验仪主机负责控制与数据采集，将检测信号显示在LCD显示屏上，负责实验测试前的調整及实验结果采集。
扩展实验部件则负责实验者自定义测试模块，内部可实现多种数字控制功能，支持多种有线/无线通信接口以及多种传感器的接口，如：温度传感器、光照传感器、流量传感器、声讯器等。
在实现多功能数字电路实验仪的过程中，采用电路设计仿真软件进行虚拟模拟，分析数字电路的结构，有助于检测组成电路的元件工作状态指标。
结合嵌入式软件开发，实现针对多功能数字电路实验仪不同功能模块的程序开发，实现数据采集和信号显示控制。
借助虚拟仿真软件，在模拟计算机模式下，实现系统程序模块及调试，实现实验仪实验前后的逻辑及器件功能测试，有助于实现实验仪的多功能性。
通过系统拓扑图设计、电路设计仿真软件实现，基本完成了多功能数字电路实验仪的整体设计工作，实现多个实验模块使用一台实验仪，有效增加了实验者的实验效率和实验精度，使用者可以依成效果而定更复杂的实验仪器。
多功能智能电表课程设计
多功能智能电表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解多功能智能电表的基本工作原理和功能特点。
2. 学生能够掌握智能电表的数据读取、分析及应用方法。
3. 学生能了解智能电表在日常生活和工业中的应用和价值。
技能目标：1. 学生能够正确操作多功能智能电表，进行数据测量和读取。
2. 学生能够运用所学知识解决与智能电表相关的实际问题，提高解决问题的能力。
3. 学生能够通过小组合作，共同完成智能电表的使用与维护任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对多功能智能电表及其在现代社会中应用的兴趣，激发学生的学习热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，养成尊重事实、注重实证的良好习惯。
3. 培养学生节能环保意识，认识到智能电表在节能减排中的重要作用，提高社会责任感。
本课程针对初中年级学生设计，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，期望学生能够掌握智能电表相关知识，提高实际操作能力，培养科学精神和节能意识，为学生的全面发展奠定基础。
二、教学内容1. 多功能智能电表概述- 智能电表的定义与分类- 智能电表的发展历程及其在现代生活中的应用2. 智能电表的工作原理与功能- 电流、电压、功率等基本电学参数的测量原理- 智能电表的数据处理、显示与存储功能- 能耗分析与节能建议3. 智能电表的操作与使用- 智能电表的操作面板介绍- 数据测量、读取与记录方法- 智能电表的维护与故障处理4. 案例分析与实践活动- 日常生活中的智能电表应用案例- 工业领域中的智能电表应用案例- 小组合作完成智能电表操作与数据分析任务教学内容按照课程目标制定，涵盖智能电表的基本概念、工作原理、操作使用以及案例分析等方面，确保内容的科学性和系统性。
本教学内容将按照教学大纲安排和进度进行，与教材相关章节紧密关联，帮助学生全面掌握多功能智能电表的相关知识。
三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 通过生动的语言和形象的表达，讲解多功能智能电表的基本概念、工作原理和操作方法。
多功能数字电子钟的设计与实现
目录1 引言 (4)1.1 多功能电子钟的研究背景和选题意义 (4)2 方案设计与选择: (4)3 整体设计思路 (5)4、主要元件介绍 (7)4.1 AT89C51单片机芯片 (7)4.2 数码管 (7)4.3 7407驱动器 (8)5 电路设计 (9)5.1整体设计 (9)5.2 分块设计 (9)5．2.1 输入模块 (10)5．2.2 输出模块 (10)5．2.3 晶振与复位电路： (11)5.3 整体电路图 (11)6.1程序思路 (13)6.2程序设计步骤 (14)6.3程序的主要模块 (14)6.3.1延迟程序 (14)6.3.2 中断服务子程序： (14)6.3.3 主程序 (16)6.3.4显示程序 (16)6.3.5 闹铃程序和定时程序 (17)6.4程序调试 (17)7 日历功能的实现 (17)8 电子钟设计中遇到的问题及其解决方法 (19)参考文献............................................ 错误!未定义书签。
致谢 (24)声明 (25)摘要：本文所要论述的课题，主要使用以AT89C51芯片作为核心，运用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接，采用动态扫描方式显示作为主要论述中心。
通过使用单片机和在显示电路加上7407驱动电路，以达到实现在6个LED数码管上显示出时间，日期，定时，闹钟四大功能，并通过键位操作，达到日期设定，时间调整，闹钟设定，倒计时的功能。
在实现各个功能的时候数进行相对应的显示，蜂鸣器的启动和键位控制声音停止。
软件部分，本设计主要采用微机汇编语言进行实现，其中分为显示，调时，延迟，闹钟，日起调整等部分。
关键词：多功能电子钟；单片机技术；微机汇编语言；动态扫描技术Design of LED Show Electric Clock Based onMicroprocessorThis design uses a 12 MHZ crystal to connect with the machine AT89C51, takes AT89C51 chips as core. It adopts the dynamic state of the scanning method to show. Using this MCU and 7407 drive electric circuit, we are able to show date, time, fix the time, make bell on 6 LED figures tubes. We can use 6 key to constitute date, adjust time, enact the bell and set the countdown timer. When the electric carrying out each function, the figures tube show the tight function .When the alarm clock and the countdown timer were reached, the voice begins. While 3 or 4 is pressed, the voice stops. The software part is realized by assembler language. It was divided into to show, delay, adjust, make bell, in fixed time, adjust date etc. part. We get the end purpose combining the software and the hardware.Keyword：Electric clock MCU Dynamic state scaning assembler language1 引言1.1 多功能电子钟的研究背景和选题意义时间对于人类的重要意义不言而喻，正如郭沫若老先生曾经说过的一样：时间就是生命，时间就是速度，时间就是力量。
多功能数字表课程设计
多功能数字表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解多功能数字表的基本结构、功能及工作原理；2. 学生能掌握多功能数字表的各个按键操作及功能切换；3. 学生了解并掌握多功能数字表在不同场景下的应用。
技能目标：1. 学生能够熟练操作多功能数字表，进行基本的数据测量；2. 学生能够运用多功能数字表解决实际问题，如计算时间、距离等；3. 学生能够通过多功能数字表进行简单的数据分析和处理。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对多功能数字表的兴趣和好奇心，激发他们学习科学技术的热情；2. 培养学生严谨、细致的学习态度，提高他们分析问题、解决问题的能力；3. 培养学生的团队合作意识，使他们学会在团队中分享经验、共同成长。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论知识与实际操作，旨在提高学生的动手能力和解决问题的能力。
学生特点：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的年级，对新鲜事物有较高的接受能力，但需要引导和激发。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，关注学生的个体差异，提供有针对性的指导，确保学生在课程中取得具体的学习成果。
同时，注重培养学生的情感态度价值观，使他们在学习过程中形成正确的价值观和积极的学习态度。
二、教学内容1. 多功能数字表的基本原理：介绍多功能数字表的工作原理、电路构成及其功能特点，使学生了解其内部结构和操作原理。
教学内容关联教材章节：第一章《数字仪表的基本原理》2. 多功能数字表的操作方法：详细讲解多功能数字表的按键功能、操作步骤及功能切换方法，让学生掌握实际操作技巧。
教学内容关联教材章节：第二章《数字仪表的操作与使用》3. 多功能数字表的应用案例：通过实际案例，展示多功能数字表在不同场景下的应用，如测量时间、距离、温度等，培养学生解决实际问题的能力。
教学内容关联教材章节：第三章《数字仪表在实际应用中的案例分析》4. 数据处理与分析：教授学生如何使用多功能数字表进行数据收集、处理和分析，提高学生的数据分析能力。
实验十 多功能数字电表和万用表的设计(部分
12级电科专业《专业实验》安排表（2015下半年）说明：14周3（上课时间为第103每一时间段实验为4学时，下午上课时间：14:30-17:30每次实验上课前需认真预习相关实验内容并写好预习报告每位学生准备8张16开实验报告纸，8张32开原始记录纸。
讲义份数：导热系数？份,电源特性？份,声光电路？份。
所开设实验的房间管理由各位老师自己承担。
理学院物理实验室2015.09.06实验十多功能数字电表和万用表的设计数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。
数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。
【实验目的】1、了解数字电表的基本原理及常用双积分模数转换芯片外围参数的选取原则、电表的校准原则以及测量误差来源。
2、了解万用表的特性、组成和工作原理。
3、掌握分压、分流电路的原理以及设计对电压、电流和电阻的多量程测量。
4、了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。
5、通过数字电表原理的学习，能够在传感器设计中灵活应用数字电表。
【实验仪器】1、DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪。
2、四位半通用数字万用表。
（自备）3、示波器。
（自备）4、ZX25a电阻箱。
（自备）【实验原理】一、数字电表原理常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。
而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。
数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。
若最小量化单位为∆，则数字信号的大小是∆的整数倍，该整数可以用二进制码表示。
设∆=0.1mV ，我们把被测电压U 与∆比较，看U 是∆的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。
15-多功能电子表
广西工学院
课程设计任务书课题名称多功能电子表
系别信息与计算科学系
专业电子信息科学与技术
班级
学号
姓名
指导教师韦艳霞
教研室主任李政林
系主任李栋龙
年月日
一、课题的主要内容和基本要求
设计一个含有数字钟、万年历的多功能电子表。
可实现以下功能：
1、数字钟以“秒”作为基准信号，可显示时、分、秒。
2、万年历以“日”作为基准时间信号，并可显示年、月、日，其中计“年”范围从0000至9999。
3、可手动校准年月、日、时、分的功能,整点时有声音提示。
二、所需完成的工作
1、完成设计的程序编写和编译工作；
2、分别完成数字钟和万年历两个模块中的时、月的波形仿真和硬件调试；
3、完成15左右页的论文说明书。
三、主要参考文献、资料
1.潘松,黄继业. EDA技术实用教程(第二版)[M]. 北京:北京航空航天大学出版
社,1990
2.刘欲晓，方强，黄宛宁等.EDA技术与VHDL电路开发应用实践[M].北京：电子工
业出版社，2009
3.谭会生，瞿遂春等.EDA技术综合应用实例与分析[M].西安：西安电子科技大学
出版社.2004.
四、完成期限
2010年9月9日前。
多功能电子表设计说明书
目录1 多功能电子表设计目的及意义2多功能电子表设计内容（1）总体设计方案简介（2）单元电路设计（3）总电路图（4）软件设计，编程思路，给出流程图，程序清单（附注释）（5）仿真结果3 结果分析4 设计总结5设计心得参考文献附录1.多功能电子表设计目的及意义1.1多功能电子表设计目的：目的：学生通过自己动手设计制作，将电子技术相关理论知识与制作实践相结合，提高学生的动手能力，加深对电子技术原理的理解，增加学习电子技术的兴趣，为今后投入电子技术的开发应用打好基础。
1.2多功能电子表设计意义：意义：2.多功能电子表的设计内容2.1总体设计方案简介1.功能简介及摘要多功能电子表是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械钟相比，他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑码头﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。
本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。
要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS160(10进制计数器)74LS00(与非门芯片)等连接成60和24进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字电子钟。
2.设计流程多功能电子表一般由振荡器、分频器、译码器、显示器等部分组成。
这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路。
多功能电子表的基本计流程框图如下所示;图1 结构框图3.各部分功能说明1、振荡器振荡器是多功能电子表的核心，它的作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器分成秒脉冲，即“秒”时间脉冲。
因此正当其频率的精度与稳定度基本决定了多功能电子表的质量。
为了产生稳定的时间标准信号，一般采用石英晶体振荡器。
从多功能电子表的精度考虑，晶体振荡频率越高，秒针的时间精度越高。
但这会使振荡器的耗电量增大，分频器的级数也要增多，所以在确定频率时，应当天考虑这两方面因素，然后再选用石英晶体振荡器型。
多功能电子秒表课程设计
多功能电子秒表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解多功能电子秒表的基本工作原理及其在日常生活和科学实验中的应用。
2. 学生掌握电子秒表的各项功能，如启动、停止、计时、分段计时等。
3. 学生能够运用电子秒表进行简单的物理实验，如测量速度、距离等。
技能目标：1. 学生通过实际操作，学会正确使用多功能电子秒表，培养动手操作能力。
2. 学生学会将电子秒表应用于实验数据的收集与分析，提高数据处理能力。
3. 学生能够运用电子秒表进行科学探究，培养实验设计能力和问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习电子秒表的使用，增强对物理学科的兴趣和热情。
2. 学生在小组合作中，培养团队协作意识和沟通能力。
3. 学生在实验过程中，养成严谨、细致、科学的实验态度，提高对实验结果的责任感。
本课程针对初中年级学生，结合物理学科特点，注重理论与实践相结合，培养学生的动手操作能力和科学探究精神。
通过多功能电子秒表的学习，使学生将所学知识应用于实际生活，提高学生的实践能力。
在教学过程中，关注学生个体差异，鼓励学生主动参与，激发学生的学习兴趣和积极性。
课程目标旨在帮助学生掌握电子秒表相关知识，提高实验技能，培养良好的情感态度价值观。
二、教学内容本章节教学内容以物理学科基础知识为主，结合多功能电子秒表的使用，主要包括以下部分：1. 电子秒表的基本原理：介绍电子秒表的内部结构、工作原理及各部分功能。
2. 电子秒表的操作方法：详细讲解电子秒表的各项功能，如启动、停止、复位、分段计时等，并指导学生进行实际操作。
3. 电子秒表在物理实验中的应用：结合课本内容，运用电子秒表进行以下实验：- 测量物体运动速度- 测量反应时间- 研究物体的自由落体运动4. 实验数据的收集与分析：指导学生使用电子秒表收集实验数据，并运用数据分析方法对实验结果进行处理。
5. 实验报告的撰写：培养学生按照科学规范撰写实验报告，包括实验目的、原理、过程、数据及结论等。
实验十 多功能数字电表和万用表的设计(部分)
12级电科专业《专业实验》安排表（2015下半年）说明：14周3103每一时间段实验为4学时，下午上课时间：14:30-17:30每次实验上课前需认真预习相关实验内容并写好预习报告每位学生准备8张16开实验报告纸，8张32开原始记录纸。
讲义份数：导热系数？份, 电源特性？份, 声光电路？份。
所开设实验的房间管理由各位老师自己承担。
理学院物理实验室2015.09.06实验十多功能数字电表和万用表的设计数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。
数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。
【实验目的】1、了解数字电表的基本原理及常用双积分模数转换芯片外围参数的选取原则、电表的校准原则以及测量误差来源。
2、了解万用表的特性、组成和工作原理。
3、掌握分压、分流电路的原理以及设计对电压、电流和电阻的多量程测量。
4、了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。
5、通过数字电表原理的学习，能够在传感器设计中灵活应用数字电表。
【实验仪器】1、DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪。
2、四位半通用数字万用表。
（自备）3、示波器。
（自备）4、ZX25a 电阻箱。
（自备） 【实验原理】一、数字电表原理常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。
而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。
数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。
若最小量化单位为∆，则数字信号的大小是∆的整数倍，该整数可以用二进制码表示。
设∆=0.1mV ，我们把被测电压U 与∆比较，看U 是∆的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。
多功能数字电路实验仪的设计与实现
中， 必将 投人大量 的经 费。 因此 ， 部分 高职 院校 积极鼓 励
校 内专职教师根据 教学实 际 自主研 发具有 一定特 色的实 验仪器 ， 以应用于实践 教学 ， 这必将 给学校教学 工作 带来
的情况下 ， 特别邀 请了几位 教学 专家 、 任课 教师对多 功 能 数字电路实验仪的几种设计方案进行 了评价 ， 他们对于每
布到实 验仪 的不 同区域。
Hale Waihona Puke 关对应 一个输 出插孔 ， 通过该插孔与实验电路相应的输 入 信号相 连接 。当开关拨 向上方 时 ， 向实验 电路输入 一个 即 。” １信号 ， 否则 ， 向实验 电路 输入 一个 “ ” 号 ， ０信 这些开关 的输 出也可 以作实验 电路 的控制信 号来使 用。为了便 于
第１ ４卷
第 ５期
多功 能 数 字 电路 实验 仪 的设 计 与 实现
何 新 洲
（ 长江职业学 院计算机系 ，湖北 武汉 ， ３０ ４ ４０ ７ ）
［ 摘
要】 根据 国家教 育部对 高职 高专院校教 育与教 学改革的相关要 求， 并参照高等职业技术 院校数 字电子技 术课 程
实验 与实训环节教 学大纲 ， 由作者使 用数字 电路的相 关技术 自行 研制 和开发 了一种 多功能数 字 电路 实验仪 ， 它能够 满足 大多数 高职高专院校数 字电子技 术课程 实验 与实训 环节教 学的要 求， 并且具有 多功 能、 实用性 强、 定性好 、 靠性 高、 稳 可 灵
本文所 提及多功 能数 字 电路 实验仪是 针对 教育教学
领 域开发的 ， 为了确 保该实 验仪具有 一定 的实用性 ， 且有
市场 同类产 品所不具备的特征 ， 在设计工作正式启动前做 了大量 的工作 ， 比如 ， 对市 场上现有 的数字 电路实 验仪产 品作 了仔细 的分析与研究 ， 一是为 了了解市场上现有 的这 ［ 稿 日期 ］０ ８ —０ — ０ 收 ２０ ６ ２
数电课程设计多功能数字钟的设计与实现
课程设计任务书题目: 多功能数字钟的设计与实现初始条件：本设计既可以使用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建多功能数字钟。
用数码管显示时间计数值。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。
2、技术要求：1）设计一个数字钟。
要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。
2）具有60进制和24进制（或12进制）计数功能，秒、分为60进制计数，时为24进制（或12进制）计数。
3）有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。
4）设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，5）具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。
6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《******大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：1、2013年 3 月18 日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2013 年3 月22日至2013 年5 月10 日，方案选择和电路设计。
3、2013 年5 月25 日至2013 年7 月2 日，电路调试和设计说明书撰写。
4、2013 年7 月5 日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 引言 (1)1.1 数字钟简介 (1)1.2 EWB简介 (1)2 方案选择 (3)3 系统框图 (4)4 分电路设计 (5)4.1 脉冲产生电路 (5)4.1.1设计要求 (5)4.1.2所需元件 (5)4.1.3元件介绍 (5)4.1.4参数计算 (6)4.1.5电路设计 (7)4.2计数电路 (8)4.2.1秒电路 (8)4.2.2分电路 (9)4.2.3时电路 (11)4.3显示电路 (12)4.3.1所需元件 (12)4.3.2元件介绍 (12)4.3.3原理说明 (12)4.3.4电路设计 (12)4.4整点报时电路 (13)4.4.1设计要求 (13)4.4.2所需元件 (13)4.4.3元件介绍 (13)4.4.4参数计算 (13)4.4.5原理说明 (14)4.4.6电路设计 (14)4.5校时电路 (15)4.5.1设计要求 (15)4.5.2所需元件 (15)4.5.3元件介绍 (15)4.5.4原理说明 (15)4.5.5电路设计 (15)4.6闹钟电路 (16)4.6.1设计要求 (16)4.6.2所需元件 (16)4.6.3元件介绍 (16)4.6.4原理说明 (18)4.6.5电路设计 (18)5总电路图 (19)6心得体会 (20)7元件清单 (21)8参考文献 (23)数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。
数电自主实验——多功能电子表的设计与实现
多功能电子表的设计与实现——基于Basys2开发板电路设计及仿真1.实验目的1．了解有关FPGA的基本知识以及在电路设计的应用；2．了解并学会利用Verilog HDL硬件开发语言设计特定功能的电路，加深对知识的理解；3．了解Basys2开发板的特点并利用其元件在硬件上实现电路功能；4．在完成电路设计的过程中积累实际工程开发的经验；5．培养对于新型实验器材的理解和学习能力；6．在实验中练习并熟悉有关嵌入式系统开发的过程，为未来的学习打下基础。
2.总体设计方案或技术路线1．查阅资料，了解Basys2工作相关特点，对于FPGA的开发过程有初步认识；2．学习Verilog HDL硬件开发语言，阅读相关程序实例加深对于编程语言及模块的理解；3．确定本次试验电子表的功能，编写程序进行实现；4．对于编写程序进行调试，修改编写过程中出现的语法错误；5．再对上一步中调试好的程序进行仿真，编写仿真代码，分析输出并进一步修改程序；6．对于仿真好的程序建立ucf文件进行引脚约束及综合，生成bit文件；7.将bit文件烧写到开发板中，在硬件中实现预定功能；8.对整个实验过程进行总结，分析输出效果并寻找改进方法。
3.实验电路图由于本实验的电路设计基本全部由Verilog HDL硬件编程语言完成（具体代码附于报告结尾处），因此，没有具体芯片电路图。
而在仿真软件中，提供了实验电路的RTL级原理图和技术原理图。
因此我们可以利用ISE Design Suite 14.7电路设计和仿真软件自动生成实验电路的原理图，具体操作过程为，在编写好程序后，双击鼠标左键选择运行Synthesize - XST对电路进行综合，综合成功后，在其子目录下会有View RTL Schematic和View Technology Schematic两个选项，双击这两个选项即可查看该电路的RTL级原理图和技术原理图（如下图）。
由于电路的搭建主要由代码实现，因此软件提供的主要为电路的输入输出原理图，而非具体的电路图，但对于工程的建立与调试已经足够，也就不需要另画详细的电路图了RTL级原理图：技术原理图：4. 仪器设备名称、型号1．Basys2 FPGA开发板（配有电源及烧写程序线，可与PC计算机相连）；2．Xilinx电路设计及仿真软件ISE Design Suite（版本号14.7）；3．PC计算机，Win7系统；5.理论分析或仿真分析结果1．电路理论及功能分析本实验的目的是设计一个电子表，目前市面上销售的电子表主要有以下功能：时钟计时、调整时间、秒表和照明及发送信号功能（由于Basys2开发板上没有自带蜂鸣器，因此闹钟功能相对较难实现）。
多功能电子表 毕业设计
毕设多功能电子表指导教师：徐书雨班级：电子S10-2学生：侯炎旭周鑫学号：21号28号日期：2012年2月24日目录第一章元器件 (3)第一节电阻 (3)第二节电容 (4)第三节三极管 (5)第二章最小系统 (7)第三章自我设计 (8)第一节1602液晶的应用 (8)第二节时钟芯片DS1302的应用 (10)第三节DS18B20温度传感器的应用 (11)第四节超声波模块的应用 (12)第五节语音模块应用 (13)参考文献 (14)第一章元器件第一节电阻1.定义色环电阻，是在电阻封装上（即电阻表面）涂上一定颜色的色环，色环电阻识别方法黑，棕，红，橙，黄，绿，蓝，紫，灰，白0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9倒数第二环，表示零的个数。
2.电阻检测：A 将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。
为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。
由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。
根据电阻误差等级不同。
读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。
如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。
B 注意：测试时，特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用万用表测试一下其实际阻值。
第二节电容电容（或电容量，Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。
一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。
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多功能电子表的设计与实现——基于Basys2开发板电路设计及仿真1.实验目的1．了解有关FPGA的基本知识以及在电路设计的应用；2．了解并学会利用Verilog HDL硬件开发语言设计特定功能的电路，加深对知识的理解；3．了解Basys2开发板的特点并利用其元件在硬件上实现电路功能；4．在完成电路设计的过程中积累实际工程开发的经验；5．培养对于新型实验器材的理解和学习能力；6．在实验中练习并熟悉有关嵌入式系统开发的过程，为未来的学习打下基础。
2.总体设计方案或技术路线1．查阅资料，了解Basys2工作相关特点，对于FPGA的开发过程有初步认识；2．学习Verilog HDL硬件开发语言，阅读相关程序实例加深对于编程语言及模块的理解；3．确定本次试验电子表的功能，编写程序进行实现；4．对于编写程序进行调试，修改编写过程中出现的语法错误；5．再对上一步中调试好的程序进行仿真，编写仿真代码，分析输出并进一步修改程序；6．对于仿真好的程序建立ucf文件进行引脚约束及综合，生成bit文件；7.将bit文件烧写到开发板中，在硬件中实现预定功能；8.对整个实验过程进行总结，分析输出效果并寻找改进方法。
3.实验电路图由于本实验的电路设计基本全部由Verilog HDL硬件编程语言完成（具体代码附于报告结尾处），因此，没有具体芯片电路图。
而在仿真软件中，提供了实验电路的RTL级原理图和技术原理图。
因此我们可以利用ISE Design Suite 14.7电路设计和仿真软件自动生成实验电路的原理图，具体操作过程为，在编写好程序后，双击鼠标左键选择运行Synthesize - XST对电路进行综合，综合成功后，在其子目录下会有View RTL Schematic和View Technology Schematic两个选项，双击这两个选项即可查看该电路的RTL级原理图和技术原理图（如下图）。
由于电路的搭建主要由代码实现，因此软件提供的主要为电路的输入输出原理图，而非具体的电路图，但对于工程的建立与调试已经足够，也就不需要另画详细的电路图了RTL级原理图：技术原理图：4. 仪器设备名称、型号1．Basys2 FPGA开发板（配有电源及烧写程序线，可与PC计算机相连）；2．Xilinx电路设计及仿真软件ISE Design Suite（版本号14.7）；3．PC计算机，Win7系统；5.理论分析或仿真分析结果1．电路理论及功能分析本实验的目的是设计一个电子表，目前市面上销售的电子表主要有以下功能：时钟计时、调整时间、秒表和照明及发送信号功能（由于Basys2开发板上没有自带蜂鸣器，因此闹钟功能相对较难实现）。
记时功能，以一秒为单位，由Basys2内部时钟可以使得led显示数码管在每秒可以自动加一，从而实现电子表的计时功能，同时需要一个开关控制继续和暂停，并且在暂停的情况下，通过按键来控制数码管调节时间；调整时间，在电子表处在计时功能下，操纵按键可以控制相应位数的数码管变化，可以调整时间；秒表功能，通过开发板上的开关控制数码管一0.01秒的精度进行计时，并且之前的暂停信号在秒表功能下依然有效，此外，还可通过另一个开关对于秒表的清零进行控制；照明及发送信号功能，通过功能选择开关控制进入照明模式，可以使开发板上的8位led 灯按次序进行一定周期的闪烁，完成照明以及必要时发送信号的功能。
各模块流程图如下图所示：结束电子表效果图2．实验元器件介绍(1)可编程逻辑器件FPGAFPGA（Field－Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是近年来十分流行的可编程元件，它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，因此在工程中得到了广泛的应用。
对于FPGA的开发，通常以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA 上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。
这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。
在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。
(2)Xilinx公司Basys2开发板Basys2是围绕着Xilinx公司的Spartan-3E FPGA芯片和一个Atmel AT90USB USB控制器搭建的，它提供了完整、随时可以使用的硬件平台，并且它适合于从基本逻辑器件到复杂控制器件的各种主机电路。
可兼容所有版本的ISE电路设计和仿真软件。
3．实验仿真利用ISE软件对于各个功能进行仿真，仿真时要建立Verilog Test Fixture文件，同时还要加入时钟信号，具体代码如下：parameter PERIOD = 20; //开发板自身晶振50MHzalways beginCLK = 1'b0;#(PERIOD/2) CLK = 1'b1; #(PERIOD/2);end具体各功能仿真如下图：照明及信号发送功能：秒表功能：计时功能：6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）1．确定本次试验电子表的功能，具体模块如以上部分介绍，并利用Verilog HDL语言编写程序进行实现（具体源程序文件附在报告后）；2．对于编写程序在ISE Design Suite 14.7软件中选择Check Syntax选项进行编译，修改编写过程中出现的语法错误；3．再对上一步中调试好的程序进行仿真，编写仿真代码，分析输出并进一步修改程序；4．对于仿真好的程序建立ucf文件进行引脚约束（ucf文件代码附在报告后）；5．对于程序文件和引脚约束文件在ISE Design Suite 14.7软件中选择Synthesize – XST选项进行程序的综合6．综合结束后，可以查看RTL级原理图和技术原理图；7．综合成功后，继续选择Implement Design完成电路的连接；8．完成后，进一步选择Generate Programming File选项生成可烧写到开发版中的二进制程序文件，即bit文件；9．选择Manage Configuration Project选项，将bit文件烧写到开发板中，在硬件中实现预定功能，具体界面如下图；10．对整个实验过程进行总结，分析输出效果并寻找改进方法。
7.实验现象及结论电路具体效果见下图：计时功能：调整时间功能：照明及信号发送功能：秒表计时及清零功能：经过实际观察，电子表电路预定功能全部实现，稳定性也较好，基本达到了预期的计划预实验目的。
至此，实验设计的主体部分完成。
8.实验中出现的问题及解决对策出现的问题：1. 在实验中，在实现功能选择时，由于Verilog HDL语言无法在同一个或者不同模块中对外设进行两次赋值，因此对于功能选择的实现造成了困难。
2．在开始将程序烧写到开发板上时，开发板一直在执行内部程序，而不响应计算机烧写的程序。
3.实验调试初期，功能显示一直不稳定，功能切换时总出现卡顿，而且经常输出不稳定信号。
解决对策：1．在编写代码时采用了单模块的结构，并且利用if条件判断语句对于赋值语句进行分割，以避免出现重复赋值的情况；2．将开发板右上角处的短路块由ROM MODE调节到PC MODE，即可实现计算机程序的执行；3．多次调试并仔细分析和优化代码，不断尝试修改代码以使得输出达到预期。
9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议本实验我有以下几点体会：1．对于课内没有学过的器材和知识，可以自己去学习和设计，例如试验中Basys2开发板和编程语言；2．要认识到理论和实际的区别，多进行电路的调试，了解实际情况不可能和仿真波形完全一致，要学会抓住主要特点进行功能的分析和代码的优化；3．对于好的想法，一定要勇于尝试，深入探究才能更深刻的理解元件特点；4．充分利用仿真软件与实际硬件电路相结合进行功能测试，这样可以达到事半功倍的效果；5．最后，强烈建议实验室能够再多提供一些外设（例如蜂鸣器）并多给一些实例程序和历程以供学习和参考。
10．参考文献[1] 沈涛,李传志,张小平,李斌. Xilinx FPGA/CPLD设计初级教程[M]. 西安电子科技大学出版社, 2009.[2] 杜勇. FPGA/VHDL设计入门与进阶[M]. 机械工业出版社, 2011.[3] 刘颖. 电路实验研究. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009：8-13.[4] 周兴华. 手把手教你学CPLD/FPGA与单片机联合设计[M]. 北京航空航天大学出版社, 2010.11.[5] Reece T, Kiddie B T, Robinson W H. Identification of Trojans in an FPGA using Low-Precision Equipment[J].附录A 电路设计源程序代码1．模块定义以及初始化部分：module ewatch(clk,clr,digit,out1,pause,switch,led,adj);input clk,clr,pause,adj,switch;output digit,out1,led;wire pause; //定义暂停控制变量wire[7:6] switch;wire[3:0] adj; //定义时间调整变量adjreg[7:0] led;reg[6:0] out1; //定义数码管段选，即译码后的数据reg[3:0] digit; //定义数码管位选reg[31:0] count; //定义计数器reg[31:0] counter; //定义计数器reg cn; //cn为0.01秒向秒的进位位reg[3:0] sec_l,sec_h,min_l,min_h,display; //定义时钟各位及译码前数据initial out1<=7'b0000001;initial led<=8'b00000000;2．功能选择部分（包括照明和信号输出、时钟计时以及秒表功能）：照明和信号输出：always@(posedge clk) //功能选择always部分begincount=count+1; //定义分频计数器count和countercounter=counter+1;if(switch[6]==1) //如果switch6为1进入照明及信号选择功能begin //发送SOS信号if(count==10000000) //短信号beginled<=8'b11111111;endif(count==20000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==30000000)beginled<=8'b11111111;endif(count==40000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==50000000)beginled<=8'b11111111;endif(count==60000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==70000000) //长信号beginled<=8'b11111111;endif(count==90000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==110000000)beginled<=8'b11111111;endif(count==130000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==150000000)beginled<=8'b11111111;endif(count==170000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==190000000)beginled<=8'b11111111;endif(count==200000000) //短信号beginled<=8'b00000000;endif(count==210000000)beginled<=8'b11111111;endif(count==220000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==230000000)beginled<=8'b11111111;endif(count==240000000)beginled<=8'b00000000;endif(count==300000000)begincount=0;endend秒表功能部分：else if(switch[7]==1) //如果switch7为1则进入beginif(clr) //判断清零begincounter=30'd0;{sec_h,sec_l}=8'h00;{min_h,min_l}=8'h00;cn=1'b0;endelse if(!pause&&{min_h,min_l,sec_h,sec_l}!=16'b0101_1001_1001_1001) if(counter>=30'd499999)begincounter=30'd0;if(sec_l==9) //判断低位是否为9beginsec_l=0;if(sec_h==9)beginsec_h=0;cn=1;endelse sec_h=sec_h+1;endelsebeginsec_l=sec_l+1;cn=0;endif(cn==1)begincn=0;if(min_l==9)beginmin_l=0;if(min_h==5);elsemin_h=min_h+1;endelse min_l=min_l+1;endelse;endelse;end时钟计时部分：else //awitch6和7均为零时进入时钟计时功能beginif((count>=50000000)&&(pause==0)) //计算器以一秒钟为周期，整秒时刻时，如没有外加控制，则秒个位加1，计算器清零beginsec_l=sec_l+1;count=0;if(sec_l==10) //秒个位到10，秒十位加1，秒个位置零beginsec_l=0;sec_h=sec_h+1;if(sec_h==6) //秒十位到6，分个位加1，秒十位置零beginmin_l=min_l+1;sec_h=0;if(min_l==10) //分钟个位到10，分十位加1，分个位置零beginmin_h=min_h+1;min_l=0;if(min_h==6) //分钟十位到6，分十位置零min_h=0;endendendendelse if((count==25000000)&&(pause==1)) //在整秒时，若有外加控制，调整时钟，如不调整就为暂停begincount=0; //计数器置零if(adj[0]==1) //改变秒个位beginsec_l=sec_l+1;if(sec_l==10) sec_l=0;endif(adj[1]==1) //改变秒十位beginsec_h=sec_h+1;if(sec_h==6) sec_h=0;endif(adj[2]==1) //改变分个位beginmin_l=min_l+1;if(min_l==10) min_l=0;endif(adj[3]==1) //改变分十位beginmin_h=min_h+1;if(min_h==6) min_h=0;endendendend3．数码管选择及显示部分：always@(posedge clk)begincase(count[17:16]) //将需要显示的值付给display2'b00:begin digit<=4'b1110;display<=sec_l;end2'b01:begin digit<=4'b1101;display<=sec_h;end2'b10:begin digit<=4'b1011;display<=min_l;end2'b11:begin digit<=4'b0111;display<=min_h;endendcaseend4．数码管译码及输出部分：always@(posedge clk) //将display译码为七段数码管的二进制数字，赋给out1输出begincase(display)0:out1<=7'b0000001;1:out1<=7'b1001111;2:out1<=7'b0010010;3:out1<=7'b0000110;4:out1<=7'b1001100;5:out1<=7'b0100100;6:out1<=7'b0100000;7:out1<=7'b0001111;8:out1<=7'b0000000;9:out1<=7'b0000100;endcaseendendmodule附录B UCF源程序代码NET "clk" LOC = "B8" ;NET "clr" LOC = "F3" ;NET "pause" LOC = "P11" ; NET "switch<6>" LOC = "E2" ; NET "switch<7>" LOC = "N3" ; NET "adj<0>" LOC = "G12" ; NET "adj<1>" LOC = "C11" ; NET "adj<2>" LOC = "M4" ; NET "adj<3>" LOC = "A7" ; NET "digit<3>" LOC = "K14" ; NET "digit<2>" LOC = "M13" ; NET "digit<1>" LOC = "J12" ; NET "digit<0>" LOC = "F12" ; NET "out1<6>" LOC = "L14" ; NET "out1<5>" LOC = "H12" ; NET "out1<4>" LOC = "N14" ; NET "out1<3>" LOC = "N11" ; NET "out1<2>" LOC = "P12" ; NET "out1<1>" LOC = "L13" ; NET "out1<0>" LOC = "M12" ; NET "led<7>" LOC = "G1" ; NET "led<6>" LOC = "P4" ; NET "led<5>" LOC = "N4" ; NET "led<4>" LOC = "N5" ; NET "led<3>" LOC = "P6" ; NET "led<2>" LOC = "P7" ; NET "led<1>" LOC = "M11" ; NET "led<0>" LOC = "M5" ;。