电子综合设计报告（推荐）_综合电子设计报告

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电子综合设计报告

课题：数字定时器

组号：06

组员：蔡德森（20092201）09通信2班

蒙文川（20092205）09通信2班 指导老师：叶文霞

2011年7月30日 西南交通大学

一、方案设计

1、方案论证与设计

设计任务：用CPLD(EMP570T100C5)设计制作一个数字定时器电路。论证：本课题主要需要对数字电路有过学习，同时对编程技术尤其是数字电路的编程要求较

高，对电子工艺基础有足够的了解，能够规范实现测试、电路安装及焊接，对基本的元器件会使用及测试。能够遵守实验室准则，满足课题老师要求。设计要求(1)基本功能

 具有定时时间设置功能，定时调整步长有30秒、1分钟、10分钟和30分钟四种，最大定时时间是60分钟；具有启动、取消/停止、暂停功能，启动后以倒计时方式显示剩余时间,定时结束提示（声/光 提示）。

(2)提高部分：计时功能;提供预约功能，可设置预约时间(60分钟以内)，预约时间到则执行某项操作;其他扩展功能。

2、系统原理框图（含工作原理介绍）

工作原理介绍：

功能键包括【开始停止】、【暂停继续】、【预约取消】；按键包括【定时增加】（30s，1min，10min，30min）和【清零】。其中【定时增加】（30s，1min，10min，30min）和【预置清零】由不带锁按键控制，【开始停止】、【暂停继续】和【预约取消】由带锁按键控制。

·停止时计数器默认为预置状态，此时通过四个【定时增加】可以设置初始时间。·开始后，开始减计数；连续计数过程中通过【暂停继续】暂停或继续。·计数结果输出后先通过译码对应数码管，再输入数码管显示。·分频电路由5.56MHz分出几个频率，作用分别如下：

Cp1：提供时间预置时【定时增加】（30s，1min，10min，30min）的高电平响应频率，从而可通过长按【定时增加】快速设置初始时间； Cp2：1Hz，提供计数器以每1s计数一次，从而实现倒计时功能； Cp3：提供四位数码管进行动态扫描，扫描频率为200Hz左右。

·定时结束处理包括显示及后续任务。具体为指示灯亮及另一段计数开始（扩展功能)。

3、主要电路设计与参数计算（各单元电路）CPLD内部程序电路：

①CPLD内部时钟

②分频电路

内部程序

module divide(cp,vcc3_3,cp0,cp1,cp2,cp3);input cp;output reg cp1,cp2,cp3,cp0;output vcc3_3;parameter N=5500,M=1000,K=5,P=200;integer i=0,j=0,y=0,x=0;aign vcc3_3=1;always@(posedge cp)//cp0:1000HZ begin if(i

endmodule ③时间设置电路

内部程序

module set(point,cpset,nrst,t1,t2,t3,t4,t5,q3,q2,q1,q0);input nrst,t1,t2,t3,t4,t5,cpset,point;output[3:0] q3,q2,q1,q0;reg[3:0] q3,q2,q1,q0;always@(negedge cpset)begin if((~nrst)&& point)begin

if(t5)

{q3,q2,q1,q0}

else if(t4)

begin

if(q3>=4'h7)q3

end //m10

else if(t3)

begin

if(q3>=4'h9)q3

end //m1

else if(t2)

begin

if(q2>=4'h9)q2

end //s30

else if(t1)

begin

if(q1>=4'h3)q1

end end end endmodule ④非预约下计数

内部程序

module timer_unpoint(minh,minl,sech,secl,alarm,nrst,npause,cp,q3,q2,q1,q0);input nrst,npause,cp,q3,q2,q1,q0;wire [3:0]q3,q2,q1,q0;output[3:0] secl,sech,minl,minh;reg[3:0] secl,sech,minl,minh;output alarm;aign alarm=({minh,minl,sech,secl}==16'h0000)&(nrst==1'b1);always@(posedge cp)begin if(~nrst){minh,minl,sech,secl}={q3,q2,q1,q0};else begin if(~npause){minh,minl,sech,secl}

end else minl

内部程序 module timer(point,minh,minl,sech,secl,alarm,alarm1,nrst,npause,cp,q7,q6,q5,q4);input point,nrst,npause,cp,q7,q6,q5,q4,alarm;wire [3:0]q7,q6,q5,q4;output[3:0] secl,sech,minl,minh;reg[3:0] secl,sech,minl,minh;output alarm1;aign alarm1=({minh,minl,sech,secl}==16'h0000)&(nrst==1'b1);always@(posedge cp)begin if(~nrst){minh,minl,sech,secl}={q7,q6,q5,q4};else if(alarm && point)begin

if(~npause)

{minh,minl,sech,secl}

else if({minh,minl,sech,secl}==16'h0000)

{minh,minl,sech,secl}

else if(secl==4'h0)begin secl

end else minl

else secl

内部程序 module display(nrst,alarm,point,minh,minl,sech,secl,pminh,pminl,psech,psecl,cp1,dis1,dis2);input cp1,point,alarm,nrst;wire cp1;input[3:0] minh,minl,sech,secl,pminh,pminl,psech,psecl;output[7:0] dis1;output[3:0] dis2;reg[7:0] dis1;reg[3:0] dis2;integer n=0;function[7:0] dis;input[3:0] data;begin case(data)4'h0:dis=8'h02;4'h1:dis=8'hF2;4'h2:dis=8'h48;4'h3:dis=8'h60;4'h4:dis=8'hB0;4'h5:dis=8'h24;4'h6:dis=8'h04;4'h7:dis=8'h72;4'h8:dis=8'h00;4'h9:dis=8'h20;endcase end endfunction always @(posedge cp1)begin if(~point)begin if(n==3)n=0;else n=n+1;case(n)0:begin dis2

endmodule4、总体电路图

限流电阻：Rs=1KΩ。发光二极管：绿，10mA。

数码管使用四位七段数码管（共阳）。

二、测试步骤

设计阶段：

数码管引脚位、段测试。测试4位数码管选定位、段的引脚及所需的高低电平； 各单元电路仿真及下载测试。编程结束后下载测试单元电路功能，修改，完善； 功能模块组合测试。组合单元电路成为功能模块，下载后测试，修改，完善； 总功能测试。整合各功能模块，测试功能，修改，完善。

要点：

1、注意分配引脚，分清数据的低位和高位。

2、稳扎稳打，化整为零，分部测试，及时记录。

难点：要求在对整体思路把握明确下测试，避免出现模块之间不相容、相似模块混淆的的情况。焊接阶段：

测试开关引脚。首先用万用表测出按下开关前后哪几个引脚是相连的，初步标记；其次需要将开关放置于面包板上，将发光二极管连入电路，看开关是否能点亮和熄灭二极管，并记下开关的各引脚。

测试各焊点是否短接、虚焊。用万用表调制电阻挡，测各接地点、接3.3V电源点是否相连，并且测两相邻焊点是否短接。

要点：

1.、实验所用开关的两端分别接电源和地，中间引脚接芯片IO口 2.、二极管的单向导电性以及考虑限流电阻

难点：保证发光二极管在测试过程中尽量不烧坏。

三、测试数据及实验结果

设计阶段

数码管引脚位段测试结果：

供高电平不大于3.3v 整合后的模块测试结果 取消预约时

①停止且暂停，测试【定时增加】四键有效。结果：可置数；

②开始且继续，数码管显示倒计时，时间到指示灯亮。结果：可正常计时（倒）； ③开始且继续，之后暂停，再继续。结果：计时中可暂停（恢复）； ④停止且继续。结果：计时可停止。开启预约时

重复①-④步。结果：③步中不可暂停，预约功能实现，且预约时不可暂停。焊接阶段 限流电阻Rs>5/0.01x1000Ω=500Ω，选1k； 开关引脚测试：略。EPM570引脚图：

四、结论

1、本方案特点及存在的问题 特点：可通过长按【定时增加】键快速设置时间；实现了提高部分中的预约功能（分段定时）。缺陷：【定时增加】键可能会出现不灵敏的状况；冒号有时显示不完全。

2、功能扩展方案 I、预约（已实现）：通过分段定时实现，及一段计数结束后开始另一段计数。

方案：

一个计数器工作结束后提示另一个计数器开始工作。用【预约/取消预约】来控制是否选择此功能，同时控制内部电路的工作。

设计问题解决：

显示电路囊括预约开始前和开始后的计数，需要多个控制其控制其输出。II、计时功能（未实现）：由零开始加计时，停止后显示经过时间；

方案：

通过一个加法计数器实现计时功能（因与基本功能有所重复，未设计）； 设计过程中可能遇到的问题：

需要通过另设按键选择定时或计时功能；基本功能键的共享实现。III、计时结束显示流水灯（未实现）

方案：

通过在显示模块，由计数器通知是否结束计时，若是，在数码管显示流水灯； 设计过程中可能遇到的问题： 流水灯的频率控制；需要另外编译和测试流水灯译码电路。

五、【数字定时器】使用说明

基本功能键 【开始停止】

开始（按下）：由设置的时间开始倒计时； 停止（弹起）：停止计时，回到开始前设置的时间；可设置新初始时间

【暂停继续】

暂停（弹起）：暂停计时；预约功能下二段计时暂停无效； 继续（按下）：继续计时；

扩展功能键 【预约取消】

预约（按下）：开启预约功能，同时可设置第二段计时； 取消（弹起）：关闭预约功能，同时可设置第一段计时初始时间；

按键【定时增加】加30秒钟：初始时间加30秒。超过60秒不进位，十秒位置零；

【定时增加】加1分钟：初始时间加1分钟。超过10分不进位，一分位置零；

【定时增加】加10分钟：初始时间加10分。超过100分不进位，十分位置零；

【定时增加】加30分钟：初始时间加30分。超过100分不进位，十分位置零； 以上四键可通过长按实现连续加时；

【清零】在停止状态下可将预置的时间清零；开始状态下无效。

六、实物图（电路）