EDA課程設(shè)計(jì)論文 24制數(shù)字鐘數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

PAGEPAGE10EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者:指導(dǎo)老師：學(xué)號(hào)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：XXXXXXXXX學(xué)院201X.X.XX目錄摘要，關(guān)鍵字………3正文…………………32.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………32.2方案選擇與論證……………………32.3方案的原理框圖及其說(shuō)明……………42.4硬件選擇……………42.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳述………42.6系統(tǒng)仿真及分析……………………62.7下載測(cè)試及分析……………………92.8收獲體會(huì)、存在問(wèn)題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見(jiàn)等…………103.參考文獻(xiàn)……………10VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)作者：xxx指導(dǎo)老師：xxx（xx大學(xué)xxxx學(xué)院xxxxxxx）［摘要］：隨著基于PLD的EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大與深入，EDA技術(shù)在電子信息、通信、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的重要性日益突出。本文詳細(xì)介紹EDA課程設(shè)計(jì)任務(wù)——數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程及結(jié)果，并總結(jié)出心得體會(huì)。［關(guān)鍵字］：EDA技術(shù)；VHDL語(yǔ)言；數(shù)字鐘EDA技術(shù)作為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心，它依賴(lài)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語(yǔ)言HDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、邏輯簡(jiǎn)化、邏輯分割、邏輯綜合，以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線(xiàn)路系統(tǒng)功能。筆者詳細(xì)介紹在QUARTUSII軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)基于VHDL語(yǔ)言數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)。1.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、設(shè)計(jì)內(nèi)容選用合適的可編程邏輯器件及外圍電子元器件，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，利用EDA軟件（QUARTUSⅡ）進(jìn)行編譯及仿真，設(shè)計(jì)輸入可采用VHDL硬件描述語(yǔ)言輸入法和原理圖輸入法，并下載到EDA實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，連接外圍電路，完成實(shí)際測(cè)試。2、設(shè)計(jì)要求（1）具有時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)顯示功能。（2）具有清零的功能，且能夠?qū)τ?jì)時(shí)系統(tǒng)的小時(shí)、分鐘進(jìn)行調(diào)整。（3）小時(shí)為十二小時(shí)制。2.方案選擇與論證數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用自頂向下、由粗到細(xì),逐步分解的設(shè)計(jì)方法,最頂層電路是指系統(tǒng)的整體要求,最下層是具體的邏輯電路的實(shí)現(xiàn)。自頂向下的設(shè)計(jì)方法將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)逐漸分解成若干功能模塊,從而進(jìn)行設(shè)計(jì)描述,并且應(yīng)用EDA軟件平臺(tái)自動(dòng)完成各功能模塊的邏輯綜合與優(yōu)化,門(mén)級(jí)電路的布局,再下載到硬件中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。因此對(duì)于數(shù)字鐘來(lái)說(shuō)首先是時(shí)分秒的計(jì)數(shù)功能，然后能顯示，附帶功能是清零、調(diào)整時(shí)分。通過(guò)參考EDA課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，有以下方案：作為頂層文件有輸入端口：時(shí)鐘信號(hào)，清零按鍵，調(diào)時(shí)按鍵，調(diào)分按鍵；輸出端口有：用于接數(shù)碼管的八段碼輸出口，掃描用于顯示的六個(gè)數(shù)碼管的輸出口。底層文件分為：eq\o\ac(○,1)時(shí)間計(jì)數(shù)模塊。分秒計(jì)數(shù)模塊計(jì)數(shù)為60計(jì)數(shù)，時(shí)計(jì)數(shù)模塊為12計(jì)數(shù)。eq\o\ac(○,2)顯示模塊。顯示模塊由一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊和一個(gè)七段譯碼器組成。六進(jìn)制計(jì)數(shù)器為六選一選擇器的選擇判斷端提供輸入信號(hào),六選一選擇器的選擇輸出端分別接秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位、分十位和時(shí)個(gè)位、時(shí)十位的選通位用來(lái)完成動(dòng)態(tài)掃描顯示，同時(shí)依次輸出秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位、分十位和時(shí)個(gè)位、時(shí)十位數(shù)向給譯碼模塊。eq\o\ac(○,3)報(bào)警模塊（為指導(dǎo)書(shū)自帶）。當(dāng)時(shí)間到整點(diǎn)時(shí)就報(bào)時(shí)。輸入有時(shí)分秒計(jì)數(shù)，時(shí)鐘脈沖。3．方案的原理框圖及其說(shuō)明秒計(jì)數(shù)秒計(jì)數(shù)分計(jì)數(shù)時(shí)計(jì)數(shù)送數(shù)及六選一選擇器整點(diǎn)報(bào)警數(shù)碼管秒脈沖分脈沖時(shí)脈沖秒脈沖時(shí)計(jì)數(shù)秒計(jì)數(shù)分計(jì)數(shù)譯碼傳數(shù)掃描揚(yáng)聲器以上為方案原理圖，秒計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)模塊為60計(jì)數(shù)，計(jì)滿(mǎn)后分別產(chǎn)生分脈沖、時(shí)脈沖，用于分計(jì)數(shù)、時(shí)計(jì)數(shù)。各計(jì)數(shù)器同時(shí)將計(jì)數(shù)值送報(bào)時(shí)模塊和送數(shù)及六選一選擇器模塊。送數(shù)及六選一選擇器模塊依次將秒分時(shí)數(shù)送往譯碼模塊譯碼，同時(shí)產(chǎn)生掃描信號(hào)用于數(shù)碼管掃描顯示。整點(diǎn)報(bào)警在整點(diǎn)時(shí)刻將秒脈沖信號(hào)送揚(yáng)聲器聲音報(bào)警。4.硬件選擇本次選用cyclone系列EP1C3T144C8芯片。外部需接2個(gè)不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，及幾個(gè)上升沿按鍵，并接揚(yáng)聲器和不許譯碼器的數(shù)碼管。以上均由EDA試驗(yàn)箱提供。5．系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳述整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示。其中輸入端口有：clk1——用于送數(shù)及六選一選擇器和整點(diǎn)報(bào)警的時(shí)序脈沖；Stop——用于整點(diǎn)報(bào)時(shí)的停止控制；clk——作為秒脈沖和整點(diǎn)報(bào)警的信聲音號(hào)；reset——用于各個(gè)模塊復(fù)位；setmin——調(diào)整分鐘，接按鍵；sethour——調(diào)整小時(shí)，接按鍵；輸出端口：speak——接揚(yáng)聲器，用于報(bào)時(shí)；led——接數(shù)碼管，送字型碼；dp——接數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)為，隔開(kāi)時(shí)分秒位；sel——位選掃描信號(hào)輸出口，接數(shù)碼管位選接口；SSecond模塊為秒計(jì)數(shù)模塊。Clk作為秒脈沖，reset復(fù)位，setmin用于調(diào)整分鐘，接按鍵，enmin是當(dāng)秒計(jì)數(shù)記到59后產(chǎn)生分脈沖，秒計(jì)數(shù)重新從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。Daout為秒計(jì)數(shù)。秒計(jì)數(shù)模塊秒計(jì)數(shù)模塊分計(jì)數(shù)模塊Minute模塊為分計(jì)數(shù)模塊。分計(jì)數(shù)模塊Minute模塊為分計(jì)數(shù)模塊。Clk作為分脈沖，接second模塊的enmin,reset用于復(fù)位，sethour用于調(diào)整小時(shí)，接按鍵，enhour是當(dāng)分計(jì)數(shù)記到59后產(chǎn)生時(shí)脈沖，分計(jì)數(shù)重新從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。Daout為分計(jì)數(shù)。HHour模塊為時(shí)計(jì)數(shù)模塊，clk為時(shí)脈沖，接minute模塊的enhour，reset復(fù)位，daout為時(shí)計(jì)數(shù)。時(shí)計(jì)數(shù)模塊時(shí)計(jì)數(shù)模塊Settime模塊為送數(shù)及六選一選擇器，clk作為其時(shí)序脈沖，reset用于復(fù)位，sec接second模塊的daout端，秒計(jì)數(shù)輸入端；min接minute模塊的daout端，分計(jì)數(shù)輸入端，hour接hour模塊的daout端，時(shí)計(jì)數(shù)的輸入端。Daout用于分別輸出秒個(gè)位，秒十位，分個(gè)位，分十位，時(shí)個(gè)位，時(shí)十位，送到deled譯碼；sel輸出掃描信號(hào)，六選一多路選擇，dp輸出小數(shù)位給數(shù)碼管小數(shù)位，用于隔開(kāi)時(shí)分秒位。Settime模塊為送數(shù)及六選一選擇器，clk作為其時(shí)序脈沖，reset用于復(fù)位，sec接second模塊的daout端，秒計(jì)數(shù)輸入端；min接minute模塊的daout端，分計(jì)數(shù)輸入端，hour接hour模塊的daout端，時(shí)計(jì)數(shù)的輸入端。Daout用于分別輸出秒個(gè)位，秒十位，分個(gè)位，分十位，時(shí)個(gè)位，時(shí)十位，送到deled譯碼；sel輸出掃描信號(hào)，六選一多路選擇，dp輸出小數(shù)位給數(shù)碼管小數(shù)位，用于隔開(kāi)時(shí)分秒位。報(bào)時(shí)模塊Alert模塊為整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊。其中clk1用于在其上升沿判斷是否為整點(diǎn)時(shí)刻，若是則加clk秒脈沖從speak端口輸出到揚(yáng)聲器作為聲音信號(hào)，報(bào)時(shí)10秒。Stop為停止報(bào)時(shí)控制，接按鍵，按動(dòng)按鍵時(shí)若在報(bào)時(shí)則報(bào)時(shí)停止。Reset復(fù)位端。dainsh和dianm分別接分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)，用于判斷整點(diǎn)和報(bào)時(shí)。送數(shù)及六選一選擇器送數(shù)及六選一選擇器譯碼模塊D譯碼模塊Deled用于譯碼顯示。Num用于接收settime模塊daout端送來(lái)的數(shù)，經(jīng)譯碼生成七段碼從led輸出接數(shù)碼管的七段碼輸入口。6．系統(tǒng)仿真及分析1.各模塊仿真及分析。eq\o\ac(○,1)Second模塊從仿真圖形上來(lái)看，daout從0加到59后enmin有進(jìn)位，setmin有脈沖時(shí)，enmin也會(huì)出現(xiàn)脈沖，說(shuō)明秒計(jì)數(shù)，分調(diào)整，分脈沖都是正確的。eq\o\ac(○,2)minute模塊從仿真圖形上來(lái)看，daout從0加到59后enhour有進(jìn)位，說(shuō)明分計(jì)數(shù)，時(shí)脈沖都是正確的。eq\o\ac(○,3)hour模塊從仿真圖看，daout從0加到B即0到11后重新從0開(kāi)始加，說(shuō)明十二小時(shí)計(jì)數(shù)正確。eq\o\ac(○,4)settime模塊從仿真波形看，sec、min、hour分別設(shè)置數(shù)為09、08、1時(shí)，daout也依次輸出0、9、0、8、0、1，將時(shí)分秒的每一位輸出，同時(shí)sel輸出正確掃描信號(hào)，dp小數(shù)點(diǎn)輸出也正確。eq\o\ac(○,5)alert模塊從仿真波形來(lái)看，當(dāng)stop=0和damin=0時(shí)，可看出speak有脈沖輸出，stop=1停止。說(shuō)明報(bào)時(shí)是正確的。eq\o\ac(○,6)deled模塊從仿真波形來(lái)看，num輸入0~9，而led分別輸出相應(yīng)正確字型碼。7.下載測(cè)試及分析下載測(cè)試后的效果如下圖所示，按復(fù)位鍵后數(shù)碼管顯示0時(shí)0分0秒開(kāi)始計(jì)數(shù)，分秒時(shí)計(jì)數(shù)都正確。按動(dòng)調(diào)分鍵或調(diào)小時(shí)鍵后，分位或小時(shí)位開(kāi)始自加，再按鍵后停止。當(dāng)時(shí)間到整點(diǎn)時(shí)會(huì)有十秒報(bào)時(shí)，按動(dòng)停止鍵停止報(bào)時(shí)，不按此鍵時(shí)自動(dòng)到十秒后停止報(bào)時(shí)。設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到要求。8.收獲體會(huì)、存在問(wèn)題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見(jiàn)等。此次設(shè)計(jì)雖然指導(dǎo)書(shū)上有參考程序，但經(jīng)本組同學(xué)仿真后仿真波形與理論值差別很大，因而遇到很大困難，使進(jìn)度大大減慢?！懊坊ㄏ阕钥嗪畞?lái)，寶劍鋒從磨礪出”，經(jīng)過(guò)本組同學(xué)齊心協(xié)力，我們從程序發(fā)現(xiàn)分秒時(shí)計(jì)數(shù)上出了問(wèn)題。參考程序分秒時(shí)計(jì)數(shù)采用十六進(jìn)制表示，即用BCD碼來(lái)表示計(jì)數(shù)值，便于后面譯碼輸出。但不足是在計(jì)數(shù)時(shí)，加一運(yùn)算時(shí)按十六進(jìn)制來(lái)計(jì)算，本來(lái)控制加到59或11（均采用BCD碼表示），實(shí)際上計(jì)數(shù)超過(guò)60或12.，是問(wèn)題根本所在。認(rèn)識(shí)到這一方面，本人通過(guò)將所有計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型改為整型，并在其它方面做了較大改進(jìn)。經(jīng)過(guò)全組成員努力和老師的認(rèn)真指導(dǎo)，多次仿真結(jié)果正確，硬件測(cè)試顯示正確。報(bào)時(shí)模塊起先報(bào)時(shí)時(shí)間不準(zhǔn)，經(jīng)最后修改也正確報(bào)