数字钟电路的设计与仿真

集成电路课程设计报告数字钟电路的设计与仿真

院系：材料与光电物理学院

专业：微电子学二班

学号：2007700507

姓名：周阿铖

指导教师：唐明华教授

报告提交日期：2010 年9 月

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1 引言 (2)

1.1课题的目的与意义 (2)

1.2近几年来国内外研究现状 (2)

1.3系统原理分析及使用方法 (3)

2 关于MUX+plus II的设计和仿真 (4)

2.1 MAX+plusII软件简介 (4)

2.2 MAX+plusII 使用方法简要说明 (4)

2.3 利用MAX+plusII进行电路设计的具体设计过程 (5)

3 数字钟系统简介 (5)

3.1数字钟功能概述 (5)

3.2常见数字钟系统的基本结构 (6)

4数字钟的整体设计 (7)

4.1数字钟各模块的功能简介及设计仿真 (7)

4.1.1石英晶体振荡器及分频器 (7)

4.1.2译码与L E D显示模块 (10)

4.1.3计数器 (12)

4.2模块整合及整体设计结果 (18)

4.3仿真结果的分析 (19)

5 结论 (19)

6 体会与心得 (20)

参考文献 (21)

致谢 (22)

附录 (23)

数字钟电路的设计与仿真

摘要：首先，本文对MUX+ plus II软件的设计和仿真设计进行了简单的介绍，然后介绍了常见的数字钟系统，并对它们的基本原理电路结构作简要分析.接着在这些工作原理和电路结构的基础上,根据自上向下(top-down)设计思想，应用MUX+ plus II软件依次设计出和仿真了包括分频电路、计数电路、LED译码显示电路等模块，设计出电路并对其整个电路进行了分析仿真，给出了所需的VHDL 程序、波形仿真图、定时分析以及生成引脚图等。最后总结出基本数字钟的设计规律，得出完整的电路图。

关键词：数字钟，LED译码显示，同步计数器，分频器，MUX + plus II，波形仿真，时序分析

Design and Simulation of Digital Clock

Abstract: In this paper, the ordinary design and simulation methods of MUX + plus II software are introduced at first. And then the common digital clock systems are presented, and it makes a brief analysis on the basic principle of their circuit structure. On the basis of the working principle and the circuit structure, according to the top - down design ideas, all of the modules including frequency circuit , counting circuit, LED displaying and decoding circuit module have been designed and simulated by applying MUX + plus II software. At the same time the design of the circuit is analyzed, and it presents the VHDL program, waveform for simulation diagram, the timing analysis and generate pin figures, etc. Finally the basic design of the digital clock is summarized that complete circuit.

Keywords:digital clock, LED decoding displaying, synchronous counter, frequency prescaler, MUX+plus2, Waveform simulation, time series analysis.

1引言

1.1课题的目的与意义

当今世界，电子技术获得到了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。其中钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。近些年，随着科技的发展和社会的进步，多功能数字钟不管在性能还是在样式都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。用于由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用[1]，也使得数字钟的精度、稳定性大幅提高。以下图1为市场上的常见产品实物图。

图1 常见数字钟产品实物

本课题的研究意在通过使用MUX+plus2软件实现简单数字钟的设计和仿真，从而进一步巩固《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计》、《大规模集成电路设计》以及《数字电子技术》等相关专业知识。本文先对利用MUX+plus2设计和仿真电路的方法进行简单介绍[2]，然后将所设计的数字钟的各个模块分解分析，最后进行模块整合，用生成的器件画出最终系统的电路图，并分析仿真结果得出结论。

1.2近几年来国内外研究现状

以下是目前国内外已实现的与数字钟有关的产品：自动打铃器、数字式多功能定时控制器、可编程时序控制仪、长延时可调压电子定时器、机械设备电子积时限电器、一种累加计时装置、数码管电子钟时间继电器、体育训练用多功能计时器、远视距、广视角的时钟、夏时制自动变换多功能数字石英钟、乘车唤醒器、带夏时制钟可编程时间控制装置、数字显示阴阳合历时钟、学校用全自动响铃仪、多功能时控仪、人体生物钟电子表、可预置语音报闹的多用电子钟、LED数字钟自控多功能电源插座、可三维空间投影的电子投影钟、车载电子钟、保健体温卡。

总体而言，数字钟系统将朝着以下几个方向发展[3]：

(1)高精度、高稳定的数字钟：天文,实验室，物理试验，遥测站，遥测地震台网测定基本参数时，均需同时记有精确的时间标记，便于分析人员准确判读事件的到时，完成基本参数的测定。如果数字钟钟差严重超标或故障率较高，将影响记录的资料，甚至使资料失去使用价值。所以设备都需要一台功能完善，计时精良，可靠性高的数字钟设备。

(2)自校数字钟设备：石英钟和数字钟设备，经长期使用时钟漂移，会导致计时误差，需要研制自校数字钟。

(3)同步数字钟：如车站、机场、有多个时钟，手工调节不现实，需要研制同步。

1.3系统原理分析及使用方法：

(1)设计的数字钟能直接显示“时、分、秒”，并以24小时为一计时周期。

(2)当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。

数字钟是一个显示“时”、“分”、“秒”的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路硬件主要由单片机最小系统、高精度晶振、显示驱动、显示电路、键盘电路，闹铃电路组成；软件由分频器、计时器和显示译码模块和组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，外部高精度一般用石英晶体振荡器加分频器来实