多功能数字钟设计

摘要

本实验是利用QuartusII 7.0软件设计一个多功能数字钟，进行试验设计和仿真调试，实现了计时，校时，校分，清零，保持和整点报时等多种基本功能，并下载到SmartSOPC实验系统中进行调试和验证。此外还添加了显示星期，闹钟设定等附加功能，使得设计的数字钟的功能更加完善。

关键字：QuartusII、数字钟、多功能、仿真

Abstract

This experiment is to design a digital clock which is based on Quartus software and in which many basic functions like time-counting,hour-correcting,minute-correcting,reset,time-holding and belling on the hour. And then validated the design on the experimental board. In addition, additional functions like displaying and resetting the week and setting alarm make this digital clock a perfect one.

Key words: Quartus digital-clock multi-function simulate

目录

一．设计要求 (4)

二．工作原理 (4)

三．各模块说明 (5)

1)分频模块 (5)

2)计时模块 (7)

3)动态显示模块 (9)

4)校分与校时模块 (10)

5)清零模块 (11)

6)保持模块 (12)

7)报时模块 (12)

四．扩展模块 (12)

1)星期模块 (12)

2)闹钟模块 (13)

五．总电路的形成 (16)

六．调试、编程下载 (17)

七．实验感想 (17)

八．参考文献 (20)

一、设计要求

1.设计一个数字计时器，可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并

在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时

等基本功能。

2.具体要求如下：

1)能进行正常的时、分、秒计时功能，最大计时显示23小时59分59

秒。

2)分别由六个数码管显示时分秒的计时。

3)K1是系统的使能开关，K1=0正常工作，K1=1时钟保持不变。

4)K2是系统的清零开关，K2=0正常工作，K2=1时钟的分、秒全清

零。

5)在数字钟正常工作时可以对数字钟进行快速校时和校分。K3是系统

的校分开关，K3=0正常工作K3=1时可以快速校分；K4是系统的校

时开关，K4=0正常工作，K4=1时可以快速校时。

3.设计提高部分要求

1)时钟具有整点报时功能，当时钟计到59’53”时开始报时，在

59’53”, 59’55”,59’57”时报时频率为512Hz,59’59”时报

时频率为1KHz。

2)星期显示：星期显示功能是在数字钟界面显示星期，到计时到24

小时时，星期上显示的数据进一位。

3)闹表设定：通过开关切换显示至闹钟界面，利用闹钟校时和校分

开

关对闹钟时间进行设定，且不影响数字钟计时。当计时到闹钟设定

时间蜂鸣器鸣叫。

4. 仿真与验证

用Quartus软件对设计电路进行功能仿真，并下载到实验板上对其功能

进行验证。

二、工作原理

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，控制电路按要求可由校分校时电路、清零电路和保持电路组成。其中，脉冲发生电路将试验箱提供的48Mhz的频率分成电路所需要的频率；计时电路与动态显示电路相连，将时间与星期显示在七段数码管上，并且驱动蜂鸣器整点报时；校时校分电路对时、分、星期提供快速校时；清零电路作用时，系统的分秒时同时归零；保持电路作用时，系统停止计时并保持时间不变。

其原理框图如图所示：

三、 各模块说明

1、分频模块

分频模块将实验箱提供的48MHZ 的频率分频，得到所需的频率。实验中需要1HZ 作为时秒、分、时的时钟信号，2HZ 作为校分、校时的时钟信号，512HZ 、1000HZ 作为报时蜂鸣所需频率信号等。

（1）二分频

2fp

波形图如下：

计时电路校分、时控制电路清零、使能控制电路

报时电路译码、动态显示电路（时分秒显示）（年月日显示）分频

（时基信号

形成电路）

系统频率为

48000000Hz

1Hz 500Hz ，1KHz 1KHz

（2）三分频

3fp 波形图如下：

（3）十分频

10fp

波形图如下：

(4)分频器总体电路

fengping

2、计时模块

计时电路包括秒，分，时，星期四个模块，依次进位。其中秒和分的模块类似，都是一个模六十计数器，时模块是一个模24计数器，而星期则是一个特殊的模7计数器。设计时采用的是同步计数器，它们所接的时钟信号均为1Hz。

（1）秒计时模块

miao

当秒计时至59秒时由四与非门输出一个低电平将秒个位及秒十位置零，同时变换此低电平为高作为进位信号传递给分个位。

波形图如下：

（2）分计时模块

fen