数字逻辑实验报告（2）数字逻辑实验2多功能电子钟系统设计成绩评语：（包含：预习报告内容、实验过程、实验结果及分析）教师签名姓名：学号：班级：物联网1701指导教师：徐有青计算机科学与技术学院20 年月日数字逻辑实验报告多功能电子钟系统设计实验报告多功能电子钟系统设计1、实验名称多功能电子钟系统设计。
2、实验目的要求同学采用传统电路的设计方法，对一个“设计场景”进行逻辑电路的设计，并利用工具软件，例如，“logisim”软件的虚拟仿真来验证电子钟电路系统的设计是否达到要求。
通过以上实验的设计、仿真、验证3个训练过程使同学们掌握小型电路系统的设计、仿真、调试方法以及电路模块封装的方法。
3、实验所用设备软件一套。
4、实验内容设计场景：多功能数字钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，当前从小到人们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无处不在。
多功能数字钟的基本功能如下：（1）显示时、分、秒；（2）可以采用24小时制或12小时制（上午和下午）；（3）整点报时，整点前10秒开始，整点时结束；（4）单独对“时、分”计时校准，对分钟值校准时最大分钟值不向小时值进位；（5）闹钟10秒提醒。
使用logisim软件对你设计电子钟电路进行虚拟仿真验证，具体要求如下。
（采用logisim软件提供的“时钟频率”为8hz的信号源）（1）具有校准计数值功能的六十进制计数器电路采用“四位二进制可逆计数器”这个“私有”元件和相应元器件，设计一个具有对计数值进行校准的六十进制计数器，并封装，该计数器逻辑符号参见图2-1所示。
图2-1 校准计数值的60进制计数器六十进制计数器的输入输出引脚定义如下：（a）一个清零端Clr；（b）一个累加计数脉冲输入端CP U；（c）一个累减计数脉冲输入端CP D；（d）八个计数器状态输出值Q1D Q1C Q1B Q1A Q0D Q0C Q0B Q0A，采用8421码分别表示计数器状态的十位和个位；（e）一个计数值校准输入控制信号Adj，当Adj为“1”时通过CP U对计数值进行加计数或校准，Adj为“0”时通过CP D对计数值进行减计数校准（由于受“四位二进制可逆计数器”约束），CP D可以对计数值的十位或个位进行递减校准（递减的时候不需要循环，回到0即可）；（f）每当计数累计满60产生一个进位输出信号Qcc。
计数器的状态请采用“十六进制的数字显示器”显示。
（2）具有校准计数值的十二进制计数器或二十四进制的计数器电路采用“四位二进制可逆计数器”这个“私有”元件和相应元器件，设计一个具有对计数值进行校准的十二进制计数器或二十四进制的计数器，并封装，该计数器逻辑符号参见图2-2所示。
图2-2 调整计数值的十二进制或二十四进制计数器十二进制计数器或二十四进制计数器输入输出引脚定义如下：（a）一个清零端Clr；（b）一个累加计数脉冲输入端CP U；（c）一个累减计数脉冲输入端CP D；（d）八个计数器状态输出值Q1D Q1C Q1B Q1A Q0D Q0C Q0B Q0A，采用8421码分别表示计数器状态的十位和个位；（e）一个计数值校准输入控制信号Adj，当Adj为“1”时通过CP U对计数值进行加计数或校准，Adj为“0”时通过CP D对计数值进行减计数校准（由于受“四位二进制可逆计数器”约束），CP D可以对计数值的十位或个位进行递减校准（递减的时候不需要循环，回到0即可）；（f）Mset为计时模式控制输入信号，当Mset为“1”时计数器为二十四进制计数器且每当计数累计满24产生一个进位信号Qcc，当Mset为“0”时计数器为十二进制计数器；每当计数累计满12产生一个进位输出信号Qcc。
计数器的状态请采用“十六进制的数字显示器”显示。
（3）显示“上午”、“下午”的电路设计一个采用logisim软件提供的“Led点阵”显示器和相应元器件以“上”和“下”的形式表示电子钟的“上午”和“下午”的电路，并封装，参考图2-3、2-4所示。
图2-3 led点阵显示器图2-4 led点阵封装图显示“上午”、“下午”电路的输入输出引脚定义如下：（a）Mset为控制显示上、下午的“Enable”输入信号，Mset为“1”不显示，Mset为“0”显示“上”或“下”；（b）Q D Q C Q B Q A为4个五位（4列5行）的数据输出信号，提供“Led点阵”显示器显示“上”、“下”的数据；（c）AM/PM为显示“上”、“下”的控制信号，当AM/PM=1，显示“上”，当AM/PM=0，显示“下”。
（4）整点报时电路设计一个10秒的整点报时电路，并封装，该电路在整点前10秒被触发，发出报时信息（用发光二极管的闪烁来表示），报时10秒结束，逻辑符号参见图2-5所示。
图2-5 整点报时电路整点报时电路输入输出引脚定义如下：（a）G、F为输入信号对应“分计数器”十位中的两位；（b）E、D为输入信号对应“分计数器”个位中的两位；（c）C、B为输入信号对应“秒计数器”十位中的两位；（d）A为输入信号对应“秒计数器”个位的最低位；（e）Q为输出报时信号。
报时（5）秒计时脉冲产生电路按要求以logisim软件的8hz信号作为电路信号源，设计一个输出为1hz的脉冲信号电路，并封装，逻辑符号参见图2-6所示，它成为秒计数器的计数脉冲信号。
图2-6 秒计时脉冲产生电路秒计时脉冲产生电路输入输出引脚定义如下：（a）8hz为输入的脉冲信号；（b）1hz为输出信号。
（6）闹钟10秒提醒电路（选做）设计一个闹钟10秒提醒电路，并封装，该电路可以根据计数器的“时、分”输出状态和时间设定值（闹钟时间）所产生的控制信号，在“时间设定值”触发一个10秒闹钟报时器，10秒后结束，逻辑符号参见图2-7所示。
闹钟电路输入输出引脚定义如下：（a）SetAlarm为闹钟值设定输入控制信号；（b）（时间设定值）为输入信号，要求为“时，分”值，具体信号自己定义；（c）（时、分计数状态值）为输入信号，具体信号自己定义；（d）Q闹钟为输出信号。
（7）多功能数字钟电路充分利用（1）~（7）设计的“私”有元件和相应元器件，设计满足多功能电子钟“设计场景”要求的电路。
该电路“输入输出检查要求”参见图2-8所示。
（1）“MSet”为计时模式控制输入信号，当MSet为“1”时计数器为二十四进制计数器、为“0”时为十二进制计数器；（2）“CP U、CP D”为计数器计数值进行加、减的输入脉冲信号；（3）“Adj1、Adj0”分别为“时、分”计数器控制输入信号,当Adji为“1”时累加、为“0”时累减（注意：“时、分”计数值不要同时校准）；（4）“Clr”为计数器的清除信号；（5）“8hz信号”为电子钟脉冲输入信号；（6）“Alarm”为闹钟值设定输入控制信号；（7）“时、分、秒”计数器的输出计数状态分别对应六个“十六进制的数字显示器”；（8）“上、下午”输出信号分别对应“Led点阵”显示器；（9）“闹钟”，“整点”输出信号分别对应两个“发光二极管”。
图2-8电子钟的“输入、输出检查要求”5、实验方案设计（1）具有校准计数值的六十进制计数器电路1、个位：cpu=cpd=clr=D=cp=十位：clr=cpu=cpd=2、图2-9 校准计数值的60进制计数器（2）具有校准计数值的十二进制计数器或二十四进制的计数器电路1、个位：clr=cpu=cpd=十位:clr=cpu=cpd=Qcc=2、图2-10调整计数值的十二进制或二十四进制计数器（3）显示“上午”、“下午”的电路1、Qe=2、图2-11 显示“上午”、“下午”电路（4）整点报时电路1、Q=2、图2-12 整点报时电路（5）秒计时脉冲产生电路1:D0=CP0=D1=CP1=output=2:图2-13 秒计时脉冲产生电路（6）闹钟10秒提醒电路（选做）1:寄存器:D=时间设定值cp==图2-14 闹钟10秒提醒电路（7）多功能电子钟电路图2-15多功能电子钟电路图2-16多功能电子钟电路封装6、实验结果记录（1）“具有校准计数值的六十进制可逆计数器”“私有”元件的测试电路（采用16进制数字显示器显示计数值）图2-17,2-18 校准计数值的60进制计数器测试_1当adj=1时,cpu脉冲加计数图2-19,2-20,2-21校准计数值的60进制计数器测试_2当adj奇数次为0时,cpd脉冲个位减计数校准;当adj偶数次为0时,cpd脉冲十位减计数校准.图2-22,2-23校准计数值的60进制计数器测试_3 clr脉冲清零.（2）“具有校准计数值的十二进制计数器或二十四进制的计数器”“私有”元件的测试电路（采用16进制数字显示器显示计数值）图2-24,2-25校准计数值的十二或二十四进制计数器测试_1当mset=1时,24进制计数器,mset=0时为12进制计数器图2-26,2-27校准计数值的十二或二十四进制计数器测试_2当adj=1时,cpu脉冲加计数图2-28,2-29,2-30校准计数值的十二或二十四进制计数器测试_3当adj奇数次为0时,cpd脉冲个位减计数校准;当adj偶数次为0时,cpd脉冲十位减计数校准.图2-31校准计数值的十二或二十四进制计数器测试_4 clr脉冲清零（3）显示“上午”、“下午”“私有”元件的测试电路（采用4*5Led显示器上、下）图2-32,2-33显示“上午”、“下午”“私有”元件的测试电路_1 Mset=1时显示上午/下午,Mset=0时不显示.图2-34,2-35显示“上午”、“下午”“私有”元件的测试电路_2 AM/PM=1时显示下午,AM/PM=0时显示上午.（4）电子钟整点报时“私有”元件的测试电路（采用Led灯的闪烁表示）图2-36,2-37电子钟整点报时“私有”元件的测试电路G为分_十位_c; F为分_十位_a; E为分_个位_d; D为分_个位_a;C为秒_十位_c; B为秒_十位_a; A为秒_个位_a（5）秒计时脉冲产生“私有”元件的测试电路（采用Led灯的闪烁表示）图2-38秒计时脉冲产生“私有”元件的测试电路（6）闹钟10秒提醒电路“私有”元件的测试电路（采用Led灯的闪烁表示）图2-39闹钟10秒提醒电路“私有”元件的测试电路时间设定值与时、分计数状态值相同时，Q闹钟输出一个脉冲；当setAlarm为1时可以通过时间设定值输入段输入要求的闹钟。
（7）按多功能数字钟电路系统输入、输出信号要求，给出多功能数字钟电路的测试电路图2-40多功能数字钟电路的测试电路7、实验后的思考（1）实验的难点在哪些方面主要在于可校准的60/12/24计数器的可校准功能，以及10秒闹钟的设计还有最后的零部件拼接上。