数字钟课设任务书

第一篇：数字钟课设任务书

课程设计任务书

一、设计课题

数字钟

二、设计时间

2011年 6 月 20日至2011年 6 月 24日

三、设计内容及要求

1、设计要求

1)时间以24小时为一个周期； 2)能显示时、分、秒，24小时制；

3)有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 4)计时过程具有报时功能，当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时； 5)为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。6)在完成上述设计内容的基础上，可以自行设计一些附加功能。注意：硬件资源的节约，否则器件内资源会枯竭。

2、工作任务与要求

1)搜集有关资料，进行方案设计，画出总体设计框图，说明抢答器由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，并以文字对原理作辅助说明。

2)进行电路参数分析、论证，以及电路可靠性分析。3)设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

4）在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，画出总体电路图。

3、设计报告正文内容要求

1）设计目的。2）设计指标。3）设计方案及论证。

4)画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。5)画出各功能模块的电路图，加上原理说明（例如抢答门及控制电路，锁存器及译码显示原理等）。

6)画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接应单独画出，集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。）

7)元器件清单。

胡静波

第二篇：单片机课设任务书

《微机应用原理及接口技术》课程设计

一、课程设计题目汇总： 题目

一、数字输入与显示器

题目二、十六进制加法计算器 题目四、十进制加法计算器

题目

五、单片机8255矩阵式键盘接口电路设计 题目

六、LED、步进电机和喇叭的控制 题目

七、实时时钟 题目

八、智能抢答器

题目

九、检测与报警系统的设计 题目

十、自动交通管理系统

题目

十一、基于单片机的函数发生器设计和开发 题目十二 单片机主从式多机串口通信

二、各题设计任务：

题目

一、数字输入与显示器

设计一键盘显示装置，键盘上只需定义16个十六进制数字键，其它键不定义无响应。

要求按下数字键后，相应的数字信息在显示器上予以显示。(扩展:可连续输入,将多个输入值同时显示或总显示最新的输入的功能切换)

题目二、十六进制加法计算器

设计一键盘显示装置，键盘上除需定义16个十六进制数字键外还要相应的功能键，其它键不定义无响应。利用此系统可分别可输入解雇单位十六进制被加数与加数，实现两数相加并将结果显示出来。(扩展:两位无符号16进制数相加,如溢出蜂鸣器响)

题目四、十进制加法计算器

设计一键盘显示装置，键盘上除需定义10个十进制数字键外还要相应的功能键，其它键不定义无响应。利用此系统可分别可输入十进制被加数与加数，实现两数相加并将结果以十进制形式显示出来。(扩展:多位10进制数相加)题目

五、单片机8255矩阵式键盘接口电路设计

用PROTEUS设计出显示系统的硬件图，再进行程序设计。最后在PROTEUS软件内完成软硬件的调试。实现按下相应的键后，在LED上显示出来。

题目六 单片机码值转换

设计键盘显示功能，键盘上定义16个进制数字键及相应功能键，要求将输入的单个16进制数转换成对应的二进制，十进制，8进制显示.题目六：LED、步进电机和喇叭的控制

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：单片机对LED、步进电机和喇叭的控制。

三、设备和器材：单片机最小开发系统，4个按键开关、4个LED指示灯、一个4相步进电机、一个蜂鸣片等。其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序

① 上电后，4个LED二极管依次循环点亮。

② 单独按下开关1，步进电机正向慢走50，反向快走100步，依次循环。

③ 同时开关2，开关3时，步进电机来回走100步，然后扬声器发声10次，依次循环。

④ 单独按下开关4时，步进电机先慢走50步，扬声器响2声，停留50秒，扬声器再响两声，最后停机。

题目七：实时时钟

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：以单片机为控制器，采用定时器中断的方法，设计一个一天24小时进制的实时时钟，并用6个发光二极管分别显示时、分、秒的记时，且整点报时（几点钟报几下）。

三、设备和器材：单片机最小系统，一片8155或8255、6个共阳的七段发光二极管由8155驱动（对于实验系统），一个风鸣片等其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计硬件接口电路，将以上硬件构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写驱动软件，实现以下功能：

① 采用定时器中断的方法，设计一个一天24小时进制的实时时钟； ② 用6个发光二极管分别显示时、分、秒的记时； ③ 能进行整点报时。

④ 可以从键盘中预置、修改时钟值。

题目

八、智能抢答器

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：设计基于单片机的6人抢答器，并编程实现其功能.三、设备和器材：单片机最小开发系统，中断控制器8259A一片（自选），并行接口8255A一片或8155（用单片机开发板），发光二极管12只（红，黄各6只），LED数码管若干只，按钮或按键10个，其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计硬件接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序

① 1—6号手中先按下按钮者，LED数码管显示其选手号码（后按下无效），且计时开始，1秒停止计时。

② 由裁判掌握，若回答正确，该选手对应黄灯亮，否则红灯亮。③ 回答正确时，记分牌加10分，不正确减10分（初始分100分）

题目九：检测与报警系统的设计

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：以单片机为控制器，采用中断方式，对2路0-5V的模拟电压进行循环采集，采集的数据送LED显示，并存入内存。超过界限时指示灯闪烁。

三、设备和器材：单片机最小开发系统、一路模拟直流电压信号、ADC0809芯片，6个共阳的七段发光二极管由8155驱动。其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写程序实现下列功能：

① 对2路模拟信号输入实行循环采集，每路连续采集16次，取平均值。

② 分别设定每一路的上限值，若采集的平均值超过该界限值，则对应通道的指示灯闪烁10次后一直亮，指示灯闪烁时喇叭发声，以示警告。③ 采集的数据送LED显示，并存入内存。

题目十：自动交通管理系统一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：设计用单片机控制的十字路口交通灯及撞红灯报警控制系统，并实现这些功能。

三、设备和器材

计算机、51单片机最小系统板、并行接口芯片8255A一片或8155（自选），发光二极管红、绿、蓝各4只，2只LED数码管，显示时间秒，ADC0809一片）其他器件任选。

四、设计要求

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写程序实现下列功能：

用红、绿、黄三支共两组发光二极管表示交通信号灯，利用单片机模拟有时间显示的定时交通信号灯控制管理。信号灯的变化规律可如下：

① 放行线：绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁止。② 禁示线：红灯亮禁止30秒，然后绿灯亮放行。

③ 当某一方向的红灯亮时，若该方向有车通过，则用扬声器声报警。（撞红灯信号可用3-5V模拟量表示）

④ 同时用2位数码管进行30秒钟递减时间显示。

题目十一：基于单片机的函数发生器设计和开发

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、脉冲波、梯形波等）且频率、幅度可变的函数发生器。

三、设备和器材：单片机最小开发系统，DAC0832一片，运算放大器，其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写控制程序，实现下列功能： ① 能输出正弦波、三角波、锯齿波、梯形波、脉冲波。② 能根据键盘命令进行波形切换。

③ 能根据键盘命令对输出波形的频率、幅度进行控制调节。

题目十二 单片机主从式多机串口通信

可以实现波特率的调节，利用键盘输入从机地址，实现主机与从机之间的数据传输，并可以将传输的数据送显示。

三、课程设计总体要求：

（1）（2）（3）（4）（5）（6）画出硬件电路原理图 画出软件程序框图 编写控制程序 上机调试、运行

机房检验编程结果、并提问 递交的课程设计报告（打印稿），软件应有适当的注释。

四、课程设计论文参考格式 [ 注： 论文各部分具体格式要求按学校文件要求执行 ]

1、课程设计任务书

2、论文目录

3、正文部分 [设计的具体内容：可分为硬件设计(含电路图)、软件设计(含程序流程图)]

4、调试过程

5、设计小结，心得体会

6、附录：（1）程序清单，后附程序注释；（2）硬件连线图

五、组织安排

注意：每个题目每个班最多安排３个学生，学生可以2人（不超过2人）一组。

实验地点：电气学院机房 实验地点：测控实验室

第三篇：单片机课设任务书

《微机应用原理及接口技术》课程设计

一、课程设计题目汇总： 题目

一、数字输入与显示器

题目二、十六进制加法计算器

题目三、四字节有符号数的乘除运算 题目四、十进制加法计算器

题目

五、单片机8255矩阵式键盘接口电路设计

题目六 单片机码值转换

题目

七、LED、步进电机和喇叭的控制 题目

八、实时时钟 题目

九、智能抢答器 题目

十、数据采集系统

题目

十一、自动交通管理系统

题目

十二、基于单片机的函数发生器设计和开发 题目

十三、模拟电压比较器 题目

十四、串口通讯

题目

十五、基于AT89S52的温度测量显示系统设计 题目

十六、基于单片机的16*16点阵LED汉字显示屏

二、各题设计任务：

题目

一、数字输入与显示器

设计一键盘显示装置，键盘上只需定义16个十六进制数字键，其它键不定义无响应。

要求按下数字键后，相应的数字信息在显示器上予以显示。(扩展:可连续输入,将多个输入值同时显示或总显示最新的输入的功能切换)

题目二、十六进制加法计算器

设计一键盘显示装置，键盘上除需定义16个十六进制数字键外还要相应的功能键，其它键不定义无响应。利用此系统可分别可输入解雇单位十六进制被加数与加数，实现两数相加并将结果显示出来。(扩展:两位无符号16进制数相加,如溢出蜂鸣器响)

题目

三、双字节有符号数的乘除运算

已知两个数双字节的有符号数，（以补码表示）。最高字节的最高位为符号位。编写程序完成两数的乘除运算。结果显示出来，直接在单片机的内存中查看结果。(扩展:可以分高八位和低八位显示)题目四、十进制加法计算器

设计一键盘显示装置，键盘上除需定义10个十进制数字键外还要相应的功能键，其它键不定义无响应。利用此系统可分别可输入十进制被加数与加数，实现两数相加并将结果以十进制形式显示出来。(扩展:多位10进制数相加)题目

五、单片机8255矩阵式键盘接口电路设计

用PROTEUS设计出显示系统的硬件图，再进行程序设计。最后在PROTEUS软件内完成软硬件的调试。实现按下相应的键后，在LED上显示出来。(扩展:可连续输入,将多个输入值同时显示或总显示最新的输入的功能切换)

题目六 单片机码值转换

设计键盘显示功能，键盘上定义16个进制数字键及相应功能键，要求将输入的单个16进制数转换成对应的二进制，十进制，8进制显示.题目七：LED、步进电机和喇叭的控制

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：单片机对LED、步进电机和喇叭的控制。

三、设备和器材：单片机最小开发系统，4个按键开关、4个LED指示灯、一个4相步进电机、一个蜂鸣片等。其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序

① 上电后，4个LED二极管依次循环点亮。

② 单独按下开关1，步进电机正向慢走50，反向快走100步，依次循环。

③ 同时开关2，开关3时，步进电机来回走100步，然后扬声器发声10次，依次循环。

④ 单独按下开关4时，步进电机先慢走50步，扬声器响2声，停留50秒，扬声器再响两声，最后停机。

题目八：实时时钟

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：以单片机为控制器，采用定时器中断的方法，设计一个一天24小时进制的实时时钟，并用6个发光二极管分别显示时、分、秒的记时，且整点报时（几点钟报几下）。

三、设备和器材：单片机最小系统，一片8155或8255、6个共阳的七段发光二极管由8155驱动（对于实验系统），一个峰鸣片等其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计硬件接口电路，将以上硬件构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写驱动软件，实现以下功能：

① 采用定时器中断的方法，设计一个一天24小时进制的实时时钟； ② 用6个发光二极管分别显示时、分、秒的记时； ③ 能进行整点报时。

④ 可以从键盘中预置、修改时钟值。

题目

九、智能抢答器

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：设计基于单片机的6人抢答器，并编程实现其功能.三、设备和器材：单片机最小开发系统，中断控制器8259A一片（自选），并行接口8255A一片或8155

（用单片机开发板），发光二极管12只（红，黄各6只），LED数码管若干只，按钮或按键10个，其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计硬件接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序

① 1—6号手中先按下按钮者，LED数码管显示其选手号码（后按下无效），且计时开始，1秒停止计时。

② 由裁判掌握，若回答正确，该选手对应黄灯亮，否则红灯亮。③ 回答正确时，记分牌加10分，不正确减10分（初始分100分）

题目十：检测与报警系统的设计

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：以单片机为控制器，采用中断方式，对2路0-5V的模拟电压进行循环采集，采集的数据送LED显示，并存入内存。超过界限时指示灯闪烁。

三、设备和器材：单片机最小开发系统、一路模拟直流电压信号、ADC0809芯片，6个共阳的七段发光二极管由8255驱动。其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写程序实现下列功能：

① 对2路模拟信号输入实行循环采集，每路连续采集16次，取平均值。

② 分别设定每一路的上限值，若采集的平均值超过该界限值，则对应通道的指示灯闪烁10次后一直亮，指示灯闪烁时喇叭发声，以示警告。③ 采集的数据送LED显示，并存入内存。

题目十一：自动交通管理系统一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：设计用单片机控制的十字路口交通灯及撞红灯报警控制系统，并实现这些功能。

三、设备和器材

计算机、51单片机最小系统板、并行接口芯片8255A一片或8155（自选），发光二极管红、绿、蓝各4只，2只LED数码管，显示时间秒，ADC0809一片）其他器件任选。

四、设计要求

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写程序实现下列功能：

用红、绿、黄三支共两组发光二极管表示交通信号灯，利用单片机模拟有时间显示的定时交通信号灯控制管理。信号灯的变化规律可如下：

① 放行线：绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁止。② 禁示线：红灯亮禁止30秒，然后绿灯亮放行。

③ 当某一方向的红灯亮时，若该方向有车通过，则用扬声器声报警。（撞红灯信号可用3-5V模拟量表示）

④ 同时用2位数码管进行30秒钟递减时间显示。

题目十二：基于单片机的函数发生器设计和开发

一、设计目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、脉冲波、梯形波等）且频率、幅度可变的函数发生器。

三、设备和器材：单片机最小开发系统，DAC0832一片，运算放大器，其他器件任选。

四、设计要求：

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写控制程序，实现下列功能：

① 能输出正弦波、三角波、锯齿波、梯形波、脉冲波。② 能根据键盘命令进行波形切换。

③ 能根据键盘命令对输出波形的频率、幅度进行控制调节。

题目十三

模拟电压比较器

一、实验目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：在单片机系统上实现对电压量的采集、比较和现实报警的功能。

三、设备和器材：

计算机、MCS-51系统单片机最小系统板、喇叭、74ls164和2片LED数码管。其他器件任选。

四、设计要求

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序

①利用键盘调节设定的电压阙值。

②利用单片机串口通信方式0的输出的数据驱动74ls164，进而驱动2块LED数据管以16进制数现实设定的电压值。

③A/D的通道0对输入电压进行采样。当输入电压值超过了设定值，单片机的P1.0交替输出1KHz和500Hz的方波驱动喇叭发出警笛声。

题目

十四、串口通讯

单片机多机通信，要求实现至少一台主机与两台从机的通信，具体要求如下： １．主机发从机地址，地址相符的从机将指示灯置亮

２。主机发数据，要求主机和从机同时显示发送和接收的数据，从而验证数据传输的准切性。３．从机发数据，主机接收验证正确性同２

利用键盘来切换不同的程序功能。

题目

十五、基于AT89S52的温度测量显示系统设计

1、实验目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。设计内容：单片机为控制核心，设计水温度控制器的硬件电路；基于keil编程开发环境实现自动温控的软件设计。

2、设备和器材：

计算机、MCS-51系统单片机最小系统板、DS12B20和多片LED数码管。其他器件任选。

3、设计要求

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序 3.设计的基本要求

０）（１）测量水温，精度为１Ｃ，范围为０～９９Ｃ（２）三位数码管显示实时水温。

（３）可预设水温控制点，当水加热到该水温时自动断电，当水温低于该水温时自动上电加热。（４）用键盘模拟水位。

（５）无水自动断电和报警功能。

题目

十六、基于单片机的16*16点阵LED汉字显示屏

一、实验目的

利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、综合应用的能力。

二、设计内容：在单片机系统上实现对电压量的采集、比较和现实报警的功能。

三、设备和器材：

计算机、MCS-51系统单片机最小系统板、74HC595、74ls138、MATRIX-8*8-GREEN。其他器件任选。

四、设计要求

1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序

3、设计的基本要求：

可显示单个固定汉字（扩展：多展多片16*16LED，实现多汉字显示/汉字移动显示）

三、课程设计总体要求：

（1）（2）（3）（4）（5）（6）画出硬件电路原理图 画出软件程序框图 编写控制程序 上机调试、运行

机房检验编程结果、并提问 递交的课程设计报告（打印稿），软件应有适当的注释。

四、课程设计论文参考格式 [ 注： 论文各部分具体格式要求按学校文件要求执行 ]

1、课程设计任务书

2、论文目录

3、正文部分 [设计的具体内容：可分为硬件设计(含电路图)、软件设计(含程序流程图)]

4、调试过程

5、设计小结，心得体会

6、附录：（1）程序清单，后附程序注释；（2）硬件连线图

五、组织安排

注意：每个题目每个班最多安排３个学生，学生可以2人（不超过2人）一组。

实验地点：电气学院机房

实验地点：测控实验室

课程设计周上机调试时间安排：

星期一：上午

1班

下午

2班 星期二：上午

２班

下午

１班 星期三：上午

１班

下午

２班 星期四：上午

1班

下午

2班 星期五（老师检查）：上午

１，２班

下午

交课设报告

第四篇：简易数字钟-任务书（精选）

郑州科技学院

数字电子技术课程设计任务书

专业11通信工程班级 2班学号 201151050姓名 XXX

一、设计题目数字电子时钟设计

二、设计任务与要求

1.显示时、分、秒，可以24小时制，具有记忆功能。

2.具有校时功能，分别对小时和分钟单独校时，对分钟校时的时候，最大分钟不向小时进位；

3.为了保证计时准确，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。

三、参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社,2006

[2] 陈先龙.电子技术基础实验[M].北京：国防工业出版社,2006

[3] 陈光明.电子技术课程设计与综合实训[M].北京：北京航空航天大学出版社,2007

[4] 谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉：华中科技大学出版社,2006

四、设计时间至年月日

指导教师签名：

年月日

第五篇：VHDL实现数字钟课设报告[推荐]

东北大学信息学院

课程设计报告

课程设计题目：用VHDL语言实现数字钟的设计

班 级：电子1001班 学 号：20102594 姓 名：刘云飞

指导老师：李世平、李宁

设计时间：2012年12月

东北大学信息学院

摘要

随着EDA技术的发展，EDA在通信、电子等领域占有十分重要的地位。本设计介绍了基于VHDL语言的数字钟的设计。数字钟的功能是对年、月、日、时、分、秒、星期，以及闹钟时、分的预置；在正常计数时的时、分与闹钟设定的时、分相同时，实现报时，同时以stop和pass键对闹钟进行停止及延迟响铃的控制;在整点的时候led灯闪烁一下。其中，用set脉冲的不同实现对预置，正常计时，闹钟的控制。Set为1~12分别控制显示年月日、预置年月日、时分秒、星期、显示时分秒、预置闹钟时分、显示闹钟预置的时分。预置时用up的高、低电平实现对各预置量的加、减控制。将1KHZ的时钟进行分频为1HZ，实现每次脉冲为1秒。经仿真和验证显示，此数字钟切实可行，可以实现显示时间和闹钟的功能。

关键词：VHDL语言，数字钟，预置

东北大学信息学院

目录

摘 要............................................................2

1、设计目的.........................................................4

2、设计内容和要求...................................................4

3、设计原理.........................................................4

3.1 数字钟功能介绍..........................................................................................................4 3.2 数字钟设计原理..........................................................................................................5

4、VHDL程序设计.....................................................6

4.1 整体设计思路................................................................................................................6 4.2 各模块设计方法............................................................................................................7 4.2.1 顶层模块...............................................................................................................7 4.2.2 其他模块...............................................................................................................8 4.2.3 程序包模块.........................................................................................................13

5、仿真与分析......................................................13

5.1 仿真结果....................................................................................................................13 5.2 仿真分析....................................................................................................................16

6、课程设计总结....................................................16

7、参考文献........................................................17

东北大学信息学院

1、设计目的

掌握利用可编程逻辑器件和EDA设计工具进行电子系统设计的方法。

2、设计内容和要求

用VHDL语言实现数字钟的设计，要求设计实现一个具有带预置数的数字钟，具有显示年月日时分秒的功能。用6个数码管显示时分秒，set按钮产生第一个脉冲时，显示切换年月日，第2个脉冲到来时可预置年份，第3个脉冲到来时可预置月份，依次第4、5、6、7个脉冲到来时分别可预置日期、时、分、秒，第 8个脉冲到来后预置结束，正常工作，显示的是时分秒。Up为高电平时，upclk有脉冲到达时，预置位加1。否则减1。

3、设计原理 3.1 数字钟功能介绍

数字钟具有计时、预置、报时的功能。以不同的set脉冲控制各个功能。

（1）在计时功能中，数字钟实现对年月日时分秒即星期的计时，并可以通过LED数码管分别显示年月日、或时分秒、或星期、或闹钟的时分。

（2）在预置功能中，可以通过UP键对各需要预置的量进行控制。UP=1时，进行“加”控制，UP=0时，进行“减”控制。

（3）在报时功能中，分为整点报时和设置时间报时。其中整点报时以ce作为使能输入端，在整点时灯进行一秒闪烁；设置时间报时以enable作为使能输入端，enable=1时设置时间报时功能启动，在闹钟预置时间与时钟当前时间相同时报时，若此时按下stop，闹钟立即停止并不再响铃，若按下pass，则闹钟立即停止，但三分钟后再响，如此循环5次后不再响铃，若什么都不按，闹钟响铃持续1分钟。

东北大学信息学院

3.2 数字钟设计原理

本设计功能有8个子模块：分频模块、时分秒模块、日模块、年月模块、闹钟预置模块、星期模块、响铃模块。通过元件例化由顶层文件timekeeper综合。

整体设计框图及外观图如（图 3-1）及（图3-2）

图3-1 数字钟设计整体框图

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图3-2 数字钟外观图

4、VHDL程序设计

4.1 整体设计思路

采用自上而下的方法进行整体设计。整个设计共分为8个模块，通过顶

层文件timekeeper元件例化将8个模块各个端口对应相连。在设计各个模块时所用到的其它运算方法等放于work库中，通过程序包及程序包体的方式对所使用函数进行定义。

主要使用的语句有：元件例化语句，过程语句，信号赋值语句，if语句，case语句（在状态机中）。

图（4-1）表示了个模块的连接及连接是所用到的触发器等。

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图4-1

整体结构图

4.2 各模块设计方法

4.2.1 顶层模块

顶层模块timekeeper是.对对所有模块的综合。

它包含的功能是：通过元件例化连接各模块；实现对闹钟控制位sp2的控制；实现闹钟的整点报时闪烁。

输入端：up

全局加减选择，控制预置时的加减

setpin 设定选择

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upclk 加减触发

f1000 时钟输入

输出端：a0~d1 八位数码管控制引脚的输出

z

整点报时输出 4.2.2 其他模块

1、时分秒模块

时分秒模块h_m_s是对时、分、秒正常计时（set=0 or 1 or 12）和预置时分秒（set=5 or 6 or 7）的实现。

分和秒由两个六十进制实现，时由24进制实现。当时间达到23时59分59秒时，时分秒全部归零，进位位ov由零变为1，通过管脚连接到date模块的时钟计数信号clk0，开启date模块。

2、日的模块

日的模块date实现日子进行正常计时（set=0 or 1 or 12）和预置（set=4）。

由于每月的天数与月份、年份有关，故需判断年月。(1)(2)(3)当1、3、5、7、8、10、12月时，每月31天，使用31进制。当4、6、9、11月时，每月30天，使用30进制。当2月时，分闰年和平年。闰年29天，平年28天。

闰年和平年的判断方法是：由于通过年月模块传输的年份为两位BCD码。若高位信号为“xxx0”且低位信号为“xx00”或高位信号为“xxx1”且低位信号为“xx10”，则可判定为闰年，否则为平年。

以上各月，当日期至月底时返回1，进位位ov变为1通过管脚连接年月模块的时钟计数信号clk0，开启年月模块。

3、年月模块

年月模块year_mon实现年月正常计时（set=0 or 1 or 12）和年、月的预置（set=2 or 3）。

月为12进制，当达到12时变回为1，同时使年份进1。由两位BCD码表示年份，故可以表示100年之年的所有年，为100进制。

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图4-2 year_mon和date模块的电路连接图

4、星期模块

星期模块week的功能是实现对星期的计时（set=0 or 1 or 12）和预置（set=8）。为七进制。

图4-3 week模块的RTL

5、闹钟模块

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闹钟模块alarm是对闹钟时和分的预置（set=10 or 11）。时为24进制，分为60进制。

图4-3 alarm模块的RTL

另外，在顶层模块timekeeper，当闹钟预置时间与计时时间相同时（仅时、分），闹钟响铃，当不对其进行任何操作时，响铃维持1分钟。响铃方式见4.2.7响铃模块。

6、响铃模块

响铃模块alarm是对闹钟响铃的控制。其中主要包含：

Enable：当enable=1时，闹钟可以工作。

Sp2 ：当顶层模块闹钟时间与计时相等时，sp2=1，响铃开启。Stop ：闹钟停止并不再响铃。

Pass ：闹钟停止但三分钟后再响，循环5次。Sp ：响铃输出。Sp=1时响铃，sp=0时不响。本模块主要使用的方法是状态机。相应状态转换图如下：

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图 4-4 响铃模块状态转换图

在状态t_pass时，使用计数的方法实现对3分钟，5次循环的计数。

图 4-5 计数的流程图

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图4-6 speak模块的RTL

7、分频模块

分频模块fenpin使输入为1KHZ时钟信号时，接入电路经分频后仍能按1HZ即1s计数。

图4-7 fenpin模块的RTL

8、显示模块

显示模块led即七段数码管的显示电路。

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图4-8 led模块的RTL 4.2.3 程序包模块

程序模块是对各模块所用到的函数的定义，通过程序包package定义时、日、月、年等的增减函数（procedure），并用程序包体package body具体说明函数的内容。通过use.work.pac.all语句调用程序包，使程序书写更加方便简洁。

5、仿真与分析

5.1 仿真结果

1、h_m_s模块

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表示当up=1时，时钟时（set=5）、分（set=6）、秒（set=7）从0开始加。

图 5-1

2、date模块

以下为对应月份截图。另外，当日期由最末变为1时，ov进1以控制year_mon模块。

（1）大月：每月31天。

图5-2-1（2）小月：每月30天。

图5-2-2（3）平年2月：每月28天。

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图5-2-3（3）闰年2月：每月29天。

图5-2-4

3、year_mon模块

图5-3

4、week模块

前半部分up=1，为加，1~7，后半部分up=0，为减，6~1

图5-4

5、alarm模块

下图反映对闹钟时（set=10）、分（set=11）的预置，up=1为加。

图 5-5

6、speak模块

（1）按下pass

由下图可见，当时间相同sp为高电平；按下pass后sp变为低电平，三分钟

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后sp又为高电平。

图5-6-1（2）按下stop

由下图可见，当时间相同时sp为高电平，按下stop后sp变为低电平。

图 5-6-2

5.2 仿真分析

各模块仿真均可实现，且波形显示可以实现预想的功能。

6、课程设计总结

通过这次的课程设计，我又一次系统的复习了VHDL语言，通过实践对VHDL语言和EDA技术有了更具现实性应用性的了解，并熟练了相关软件的使用方法。

此次课程设计的内容是数字钟，我学会了如何利用元件例化将各个模块结合起来，而不是一味的想起一个功能设计一个功能，而是有一个总体的自上而下的设计，建立基本的设计框图（如图 3-1），再进行具体的设计。

在程序调试的过程中，出现了很多的问题。我发现往往是一行出现了错误导致了接下来一系列错误的出现。

还有在仿真中出现错误的红线，并出现了‘U’字符，全都是未设置初值所致。而在设置初值时仍然出现了问题。最开始我想定义一个clr信号，当clr为高电平时各功能清零，但是在实际仿真时，由于常常要看在月末或类似23时59分59秒这样的时刻是否有进位信号进为高电平，从零开始显然让仿真变的十

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分麻烦，如果可以直接赋初值到接近进位的时刻就会让仿真变得简便。即使用信号赋初值的方法对信号进行赋初值，既解决错误又利于仿真。

在最后对顶层仿真时出现了很多的问题，最后发现都是未对应的问题。当然，我的设计还有很多不足的地方。比如有一处的竞争冒险产生的毛刺没有解决。最开始是将speak模块控制信号sp2的相关程序写在了alarm模块，仿真时发现在一处出现了毛刺，在对闹钟进行预置时分时的第一个时间都未足一个时钟周期（如图 5-5）。后来我想是否因为alarm模块有两个process进程，就将sp2的相关程序挪到了顶层模块，但是最后还是没有实现。咨询了一下同学们，他们都说这没有问题，不需要解决，所以就没有解决这个问题。

此次课程设计我学到了很多，但是我觉得应该放在刚刚考完EDA之后，那时候对只是记得比较清楚，不像在这次设计时很多知识都想不起来了。其他的对我帮助都很大。

7、参考文献 李景华，杜玉远等著.可编程逻辑器件与EDA技术.沈阳：东北大学出版社，2000 2 齐怀印等.高级逻辑器件与设计.北京：电子工业出版社，1996 3 可编程逻辑器件与数字系统设计[M].北京航天航空大学出版社,1999 4 刘真,毕才术.数字逻辑与计算机设计[M ]北京:高等教育出版社,2002 5 王小军.VHDL简明教程[M].北京:清华大学出版社,1997