設計題目十七：帶鬧鐘功能的24小時制鬧鐘系統的設計
設計要求：
(1) 計時功能：這是本計時器設計的基本功能，每隔一分鐘計時一次，並在顯示屏上顯示當前時間。
(2) 鬧鐘功能：如果當前時間與設定的鬧鐘時間相同，則揚聲器發出蜂鳴聲。
(3) 設定新的計時器時間：使用者用數字鍵『0』～『9』輸入新的時間，然後按 "time"鍵確認。
(4) 設定新的鬧鐘時間：使用者用數字鍵「0」～「9」輸入新的時間，然後按「alarm」鍵確認。過程與(3)類似。
(5) 顯示所設定的鬧鐘時間：在正常計時顯示狀態下，使用者直接按下「alarm」鍵，則已設定的鬧鐘時間將顯示在顯示屏上。
參考設計思路：
圖4-1 鬧鐘系統總體結構圖
整個鬧鐘系統的總體結構圖如圖4-1所示，我們將整個系統分成：（1）用於鍵盤輸入的緩衝器；（2）用於始終計數的計數器；（3）用於儲存鬧鐘時間的暫存器；（4）用於顯示的七段數碼顯示電路；（5）用於以上四部分協同工作的控制器。其中七段數碼顯示電路又包含解碼器和顯示器電路。
然後按照專案需求設計每個小的模組，經編譯**成功之後組裝成最終產品。
大慶石油學院
課程設計
2023年3月11日
大慶石油學院課程設計任務書
課程 eda技術課程設計
題目鬧鐘系統的設計
專業電子科學與技術姓名蘭士鳳學號 070901240102
主要內容、基本要求、主要參考資料等
主要內容：
設計並製作乙個帶鬧鐘功能的24小時計時器。它包括以下幾個組成部分：
1、顯示屏，由4 個七段數碼管組成，用於顯示當前時間(時：分)或設定的鬧鐘時間；
2、數字鍵，實現『0』—『9』的輸入，用於輸入新的時間或新的鬧鐘時間；
3、time(時間)鍵，用於確定新的時間設定；
4、alarm(鬧鐘)鍵，用於確定新的鬧鐘時間設定，或顯示已設定的鬧鐘時間；
5、揚聲器，在當前時鐘時間與鬧鐘時間相同時，發出蜂鳴聲
基本要求：
1、計時功能：這是本計時器設計的基本功能，每隔一分鐘計時一次，並在顯示屏上顯示當前時間。
2、鬧鐘功能：如果當前時間與設定的鬧鐘時間相同，則揚聲器發出蜂鳴聲。
3、設定新的計時器時間：使用者用數字鍵輸入新的時間，然後按"time"鍵確認。在輸入過程中，輸入數字在顯示屏上從右到左依次顯示。
例如，使用者要設定新的時間12：34，則按順序輸入「1」，「2」，「3」，「4」，與之對應，顯示屏上依次顯示的資訊為：「1」，「12」，「123」，「1234"。
如果使用者在輸入任意幾個數字後較長時間內，例如5 s，沒有按任何鍵，則計時器恢復到正常的計時顯示狀態。
主要參考資料：
[1] 潘松著.eda技術實用教程(第二版). 北京：科學出版社,2005.
[2] 康華光主編.電子技術基礎模擬部分. 北京：高教出版社,2006.
[3] 閻石主編.數字電子技術基礎. 北京：高教出版社,2003.
完成期限 2011.3.11
指導教師
專業負責人
一、總體設計思想
1.基本原理
數字鬧鐘電路的基本結構由兩個60進製計數和乙個24進製計數器組成，分別對秒、分、小時進行計時，當計時到23時59分59秒時，再來乙個計數脈衝，則計數器清零，重新開始計時。秒計數器的技術時鐘clk為hz的標準訊號。當數字鬧鐘處於計時狀態時，秒計數器的進製輸出訊號作為分鐘計數器的計數訊號，分鐘計數器的進製輸出訊號又作為小時計數器的計數訊號時、分、秒得計時結果通過6個數碼管來動態顯示。
因此，通過模式選擇訊號key1、key2控制數字鐘的工作狀態，使其分別工作於正常計時，調整分、時和設定鬧鐘分、時5個狀態。當數字鬧鐘處於計時狀態時，3個計數器允許計數，且秒、分、時計數器的計數時鐘訊號分別為clk，秒的進製，分的進製；當數字鬧鐘處於鬧鐘定時狀態時，可以設定小時和分；當計時到所設定的時刻時，驅動揚聲器，持續1分鐘。
2.設計框圖
系統框圖主要分為三部分：
第一部分為精準秒脈衝產生電路，這裡我們採用頻率為32.768khz的標準晶振搭成精準的秒脈衝產生電路，為電子鐘提供精準的秒脈衝輸入。
第二部分為fpga核心控制電路，主要由型號為ep3c25e144c8n的晶元經過程式設計以後，向解碼顯示電路提供控制訊號。
第三部分為解碼顯示電路，由4片74ls47驅動4個7段數碼管，在核心控制電路輸出的控制訊號的控制下，顯示相應的時、分、秒。具體框圖如下圖1所示。
圖1二、設計步驟和除錯過程
1、總體設計電路
該數字鐘可以實現3個功能：計時功能、定點報時功能和重置時間功能，因此有3個子模組：計時、報時（speak）、重置時間(sd1，sd2)。
其中計時模組有4部分構成：秒計時器（s1）、分計時器(m1)、時計時器(h1)。秒計時器（s1）是由乙個60進製的計數器構成的，。
clk為驅動秒計時器的時鐘，s1為秒計時器的輸出。分計時器（m1）是由乙個60進製的計數器構成的，s1為驅動分計時器工作的時鐘；m1為分計時器的輸出；時計時器（h1）是由乙個24進製的計數器構成的， m1為驅動時計時器工作的時鐘，h1為時計時器的輸出；
報時模組（speak）的功能是定時到時，speak輸出高電平，並且持續一段時間。
（1）、秒脈衝產生電路
如下圖所示，由32.768khz的晶振產生經過cd4060分頻產生精準的秒脈衝。
圖2（2）、fpga 核心控制電路
對ep1k30tc144-3進行程式設計，輸出控制訊號。
圖3（3）、解碼顯示電路
如圖，由cd4511驅動7段數碼管進行顯示。
圖42、模組設計和相應模組程式
（1）、分計時器（second1）
分鐘十位
m110:process(clk,min2,sec1,sec2,md1,md2)
begin
if clk'event and clk='1' then
if (min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001") then
min1<="0000";
elsif min1="0101"and min2="1001"and (md1='0' and md2="00")then
min1<="0000";
elsif (min2="1001"and (sec1="0101" and sec2="1001"))
or (min2="1001"and md1='0' and md2="00") then min1<=min1+1;
end if;
end if;--end if;
end process m110;
分鐘個位
m220:process(clk,sec1,sec2,md1,md2)
begin
if clk'event and clk='1' then
if min2="1001"and (sec1="0101" and sec2="1001") then min2<="0000";
elsif min2="1001"and (md1='0' and md2="00") then min2<="0000";
else if (sec1="0101" and sec2="1001") or(md1='0' and md2="00")then
min2<=min2+1;
end if;
end if;end if;
end process m220;
（2）、時計時器（hour1）
小時十位
h110:process(clk,hou2,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2)
begin
if clk'event and clk='1' then
if (hou1="00010" and hou2="00011")and(min1="0101" and min2="1001")
and (sec1="0101" and sec2="1001") then hou1<="00000";
elsif hou1="00010"and hou2="00011"and md1='0' and md2="01" then
--當時間為23點且處於校時狀態時
hou1<="00000";
elsif (hou2="01001"and(min1="0101" and min2="1001")
and (sec1="0101" and sec2="1001"))or (hou2="01001"and md1='0' and md2="01")
then hou1<=hou1+1;
end if;
end if;
end process h110;
小時個位
h220:process(clk,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2,hou1)
begin
if clk'event and clk='1' then
if (hou1="00010" and hou2="00011")and(min1="0101" and min2="1001")
and (sec1="0101" and sec2="1001") then hou2<="00000";
elsif hou2="01001"and(min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001") then hou2<="0000";
elsif (hou2="01001"and md1='0' and md2="01") or (hou1="00010"and hou2="00011") then hou2<="00000";--md<='1';
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