1203010220+王正提+數(shù)字時(shí)鐘

1、EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 電信本2 學(xué) 號(hào)： 1203010220 姓 名： 王正提 同組人員： 高翔 唐吉鑫 指導(dǎo)教師： 楊祖芳 2015年 5月14日目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)1二、總體設(shè)計(jì)方案11.設(shè)計(jì)思想12.總體設(shè)計(jì)框圖1三、單元電路設(shè)計(jì)11.秒計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)12.分計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)13.時(shí)計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)14.去抖模塊55.頂層原理設(shè)計(jì)圖5四、系統(tǒng)調(diào)試與性能分析51.硬件測(cè)試：62.測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析6五、收獲與體會(huì)6六、指導(dǎo)老師意見(jiàn)6七、參考書(shū)目6八、附錄：73一、 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一定功能的數(shù)字鐘。包括清零、置數(shù)、計(jì)數(shù)、報(bào)時(shí)等功能。1)

2、具有時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)顯示功能，且以24小時(shí)循環(huán)計(jì)時(shí)。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) 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。二、 總體設(shè)計(jì)方案1. 設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)是基于Altera公司的Cyclone III 系列的EP3C16Q240C8芯片設(shè)計(jì)的，采用層次化設(shè)計(jì)方式，先設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘的底層器件：秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、2選1選擇器、譯碼器、分頻器。頂層采用原理圖設(shè)計(jì)方式，將所設(shè)計(jì)的底層器件連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)具有計(jì)時(shí)和調(diào)時(shí)功能的數(shù)字時(shí)鐘。2. 總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)可以由計(jì)數(shù)模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鈴模塊、顯示模塊和一個(gè)頂層文件構(gòu)成。采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，子模塊利用VHDL語(yǔ)言設(shè)

3、計(jì)，頂層文件用原理圖的設(shè)計(jì)方法。LED數(shù)碼管時(shí)鐘信號(hào)分頻譯碼器秒計(jì)數(shù)2選1選擇分計(jì)數(shù)按 鍵時(shí)計(jì)數(shù) 圖2-1設(shè)計(jì)原理圖三、 單元電路設(shè)計(jì)1. 秒計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)a) 秒計(jì)數(shù)器流程圖秒脈沖60計(jì)數(shù)器滿60清零 Y N向分進(jìn)位秒計(jì)數(shù)輸出 圖3-1秒計(jì)算器流程圖b) 秒計(jì)數(shù)器生成模塊其中，clk是時(shí)鐘信號(hào)，daout是60計(jì)數(shù)輸出，enmin是向分進(jìn)位的高電平。c) 波形仿真圖波形分析：由波形圖知秒計(jì)數(shù)器是由60進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成的00到59的循環(huán)計(jì)數(shù)功能，當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖則產(chǎn)生進(jìn)位輸出，即enmin=1，作為分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。2. 分計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)a) 分計(jì)數(shù)器流程圖調(diào)分按鍵

4、按下 N Y進(jìn)位高電平60計(jì)數(shù)器清零滿60 Y N向時(shí)進(jìn)位分計(jì)數(shù)輸出 圖3-2分計(jì)算器流程圖b) 分計(jì)數(shù)器生成模塊其中，clk是時(shí)鐘信號(hào)，daout是60計(jì)數(shù)輸出，enhour是向時(shí)進(jìn)位的高電平。c) 波形仿真圖波形分析：由波形圖可知，該模塊實(shí)現(xiàn)了分計(jì)數(shù)的功能，計(jì)數(shù)循環(huán)從00到59，計(jì)數(shù)脈沖為秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出，即enmin。當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖則產(chǎn)生進(jìn)位輸出，即enhour=1，作為時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。3. 時(shí)計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)a) 時(shí)計(jì)數(shù)器流程圖調(diào)時(shí)按鍵按下 N Y 24計(jì)數(shù)器進(jìn)位高電平 滿24清零 Y N 時(shí)計(jì)數(shù)輸出 圖3-3時(shí)計(jì)算器流程圖b) 時(shí)計(jì)數(shù)器生成模塊其中，clk

5、是時(shí)鐘信號(hào)，daout是24計(jì)數(shù)輸出。c) 波形仿真圖波形分析：小時(shí)計(jì)數(shù)模塊由24進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成的從00到23之間的循環(huán)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖為分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出，即enhour。4. 去抖模塊在計(jì)數(shù)模塊錢(qián)加上去抖模塊，去抖模塊實(shí)際上就一個(gè)倒數(shù)計(jì)數(shù)器，主要目的是為了避免按鍵時(shí)按鍵的抖動(dòng)效應(yīng)使按鍵輸入信號(hào)產(chǎn)生不必要的抖動(dòng)，而造成重復(fù)統(tǒng)計(jì)按鍵次數(shù)造成錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，只需將按鍵輸入信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的重置輸入，使計(jì)數(shù)器只有在按鍵時(shí)，且在輸入信號(hào)為0時(shí)間足夠長(zhǎng)的一次使重置無(wú)動(dòng)作，而計(jì)數(shù)器開(kāi)始倒數(shù)計(jì)數(shù)，自然課將輸入信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)變?yōu)?的情況濾掉。5. 頂層原理設(shè)計(jì)圖 將分頻器、秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、譯碼器

6、、3-8線譯碼器按照要求連接起來(lái)就組成了整個(gè)數(shù)字時(shí)鐘的原理圖，如圖所示。 圖3-4頂層原理設(shè)計(jì)圖四、 系統(tǒng)調(diào)試與性能分析1. 硬件測(cè)試：測(cè)試方式：clk選用clk1。KS0控制調(diào)分，KS1控制調(diào)時(shí)。數(shù)碼管數(shù)碼管8、7用作小時(shí)顯示，高位是小時(shí)的十位，低位是小時(shí)的個(gè)位。數(shù)碼管5、4用作分鐘顯示，高位是分鐘的十位，低位是分鐘的個(gè)位。數(shù)碼管2、1用作秒鐘顯示，高位是秒鐘的十位，低位是秒鐘的個(gè)位。管腳分配如下圖所示。2. 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析將文件下載到FPGA中，數(shù)碼管上顯示00-00-00，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，秒鐘計(jì)到59向分鐘進(jìn)1，分鐘計(jì)到59向小時(shí)進(jìn)1。閉合KS0鍵分鐘以1HZ的頻率加1，加到59向小時(shí)進(jìn)

7、1，分鐘清0。閉合KS1鍵小時(shí)以1HZ的頻率加1，加到59小時(shí)清0。本數(shù)字時(shí)鐘能夠滿足正常計(jì)時(shí)和調(diào)分調(diào)時(shí)功能，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。五、 收獲與體會(huì)數(shù)字鐘是EDA最后一次也是最難的一次實(shí)驗(yàn)，除了基本要求要實(shí)現(xiàn)外還要盡可能地實(shí)現(xiàn)附加功能。能力有限的我，把網(wǎng)上借鑒的程序與老師給的資料對(duì)照著看，能夠明白他每一模塊要實(shí)現(xiàn)的是什么功能，但是這次實(shí)驗(yàn)遺憾的是我的程序編譯沒(méi)有問(wèn)題，但可能由于設(shè)備的原因沒(méi)能在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)其功能，不過(guò)在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中能在老師和同學(xué)的幫助下弄懂?dāng)?shù)字鐘一些功能原理，明白其工作狀態(tài)，還是不枉這段時(shí)間的付出的。這段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)不僅鍛煉了我們的動(dòng)手動(dòng)腦能力，同時(shí)也培養(yǎng)了我們堅(jiān)持、耐心等良好品質(zhì)

8、。六、 指導(dǎo)老師意見(jiàn)七、 參考書(shū)目【1】李國(guó)立，朱維勇，電子科技實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，合肥，中國(guó)科技大學(xué)出版社，2000年【2】柴誠(chéng)敬，劉國(guó)維，李阿娜.化工原理課程設(shè)計(jì)，天津，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1994年【3】潘松，黃繼業(yè)，EDA技術(shù)實(shí)用教程，北京，科學(xué)出版社，2002年【4】鄭家龍，王小海，章安元集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程北京，高等教育出版社，2002年【4】宋萬(wàn)杰，羅豐，吳順君.CPLD技術(shù)及其應(yīng)用西安，西安電子科技大學(xué)出版社，1999年【5】張昌凡，龍永紅，彭濤.可編程邏輯器件及VHDL設(shè)計(jì)技術(shù)，廣州，華南工學(xué)院出版社，2001年 【6】盧杰，賴毅.VHDL與數(shù)字電路設(shè)計(jì)，北京，科學(xué)出版社，2001年

9、 【7】張明.Verilog HDL實(shí)用教程，成都，電子科技大學(xué)出版社，1999年八、 附錄：總程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY yimaqi ISPORT ( din : IN STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 2); output : OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 7);END yimaqi;ARCHITECTURE behav OF yimaqi ISSIGNAL SINT : STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);BEGIN PROCESS(din)BEGINIF (d

10、in=000) THEN output =10000000;ELSIF (din=001) THEN output =01000000;ELSIF (din=010) THEN output =00100000;ELSIF (din=011) THEN output =00010000;ELSIF (din=100) THEN output =00001000;ELSIF (din=101) THEN output =00000100;ELSIF (din=110) THEN output =00000010; ELSE output BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_O

11、UT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT BCD_OUT=00000000;END CASE;ELSEBCD_OUT=ZZZZZZZZ;END IF;END PROCESS;END hehav;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; ENTITY F_DIVIDER IS GE

12、NERIC(N: INTEGER:=10; N1: INTEGER:=11); PORT( CLK: IN STD_LOGIC; CLK10: OUT STD_LOGIC; CLK11: OUT STD_LOGIC; CLK2: OUT STD_LOGIC );END F_DIVIDER;ARCHITECTURE BEHAV OF F_DIVIDER IS SIGNAL DATA:INTEGER RANGE 0 TO 10; SIGNAL CNT: STD_LOGIC_VECTOR(N-1 DOWNTO 0); SIGNAL CNT1: STD_LOGIC_VECTOR(N1-1 DOWNTO

13、 0); SIGNAL Q:STD_LOGIC;BEGINP1: PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLKEVENT AND CLK=1) THEN CNT = CNT+1; END IF; END PROCESS P1; CLK10 = CNT(N-1);P2: PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLKEVENT AND CLK=1) THEN CNT1 = CNT1+1; END IF; END PROCESS P2; CLK11 = CNT1(N1-1); P3: PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLKEVENT AND CLK=1) THEN IF(DA

14、TA=0) THEN DATA=0; Q=NOT Q; ELSE DATA=DATA+1; END IF; END IF;END PROCESS P3;CLK2 = Q;END BEHAV;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY LED ISPORT ( CLK: IN STD_LOGIC; SG: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); BT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); A:BUFFER STD_LOGIC

15、_VECTOR(2 DOWNTO 0); END LED;ARCHITECTURE rt OF LED ISBEGIN P1:PROCESS(CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF A=101 THEN A=000; ELSE ABT=000;SGBT=001;SGBT=010;SGBT=011;SGBT=100;SGBT=101;SGSG=XXXXXXX ; END CASE; END PROCESS P2; END rt;library ieee;use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_ari

16、th.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;entity clock isport(clk:in std_logic;-12M時(shí)鐘 keyin:in std_logic; speak:out std_logic;-蜂鳴器 dout:out std_logic_vector(7 downto 0);-段碼 selout:out std_logic_vector(2 downto 0);-位選end clock;architecture one of clock is signal count:integer range 0 to 11999999;-1HZ秒信

17、號(hào) signal counf:integer range 0 to 11999;-1000HZ SIGNAL CP_5ms : STD_LOGIC; SIGNAL Q1,Q2,Q3: STD_LOGIC; SIGNAL keyout: STD_LOGIC; SIGNAL CJ:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); signal sel:std_logic_vector(2 downto 0);-位選 signal hou1:std_logic_vector(3 downto 0);-計(jì)數(shù)中小時(shí)的十位 signal hou2:std_logic_vector(3 downt

18、o 0);-小時(shí)的個(gè)位 signal min1:std_logic_vector(3 downto 0);-分鐘的十位 signal min2:std_logic_vector(3 downto 0);-分鐘的個(gè)位 signal sec1:std_logic_vector(3 downto 0);-秒的十位 signal sec2:std_logic_vector(3 downto 0);-秒的個(gè)位 signal seth1:std_logic_vector(3 downto 0);-設(shè)時(shí)中小時(shí)的十位 signal seth2:std_logic_vector(3 downto 0);-小時(shí)的

19、個(gè)位 signal setm1:std_logic_vector(3 downto 0);-分鐘的十位 signal setm2:std_logic_vector(3 downto 0);-分鐘的個(gè)位 signal h1:std_logic_vector(3 downto 0); -顯示小時(shí)十位 signal h2:std_logic_vector(3 downto 0);-小時(shí)的個(gè)位 signal m1:std_logic_vector(3 downto 0);-分鐘的十位 signal m2:std_logic_vector(3 downto 0);-分鐘的個(gè)位 signal s1:std

20、_logic_vector(3 downto 0);-秒的十位 signal s2:std_logic_vector(3 downto 0);-秒的個(gè)位 signal clk1,clkk,beep:std_logic; begin-分頻fp:process(clk) begin if rising_edge(clk) then count=count+1; counf=counf+1; if count=11999999 then clk1=1;-1Hz count=0; beep5999999 then beep=0;-2Hz else clk1=0; end if; if counf=11

21、999 then clkk=1;-1000HZ counf=0; else clkk=0; end if; end if;end process fp;-位掃描choice:process(clkk)-位選 掃描 begin if rising_edge(clkk)then if sel=111 then sel=000; else sel=sel+1; end if; end if;end process choice;-秒個(gè)位s220:process(clk1,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if sec2=1001 then -其中sec2是

22、秒的個(gè)位 sec2=0000; elsif cj=010 then sec2=sec2; else sec2=sec2+1; end if; end if;if cj=001 then sec2=0000; -秒個(gè)位復(fù)位end if;end process s220;-秒十位s110:process(clk1,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if (sec1=0101 and sec2=1001)then-其中sec1是秒鐘的十位 sec1=0000; elsif cj=010 then sec1=sec1; else if sec2=1001th

23、en sec1=sec1+1; end if; end if;end if;if cj=001 then sec1=0000; -秒十位復(fù)位end if;end process s110;-分鐘個(gè)位m220:process(clk1,sec1,sec2,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if min2=1001and (sec1=0101 and sec2=1001)then-其中min2是分鐘的個(gè)位 min2=0000; elsif min2=1001and (cj=011 and cj=100)then- min2=0000; else if (

24、sec1=0101 and sec2=1001) or(cj=011 and cj=100)then min2=min2+1; end if; end if;end if;if cj=001 then min2=0000; end if; end process m220;-分鐘十位m110:process(clk1,min2,sec1,sec2,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if (min1=0101 and min2=1001) and (sec1=0101 and sec2=1001)then min1=0000; elsif min1=0

25、101and min2=1001and (cj=011 and cj=100)then min1=0000; elsif (min2=1001and (sec1=0101 and sec2=1001) or (min2=1001and cj=011 and cj=100)then min1=min1+1; end if; end if;-end if;if cj=001 then min1=0000; end if;end process m110;-小時(shí)個(gè)位h220:process(clk1,min1,min2,sec1,sec2,cj,hou1) begin if clk1event an

26、d clk1=1 then if (hou1=0010 and hou2=0011)and(min1=0101 and min2=1001) and (sec1=0101 and sec2=1001) then hou2=0000; elsif hou2=1001and(min1=0101 and min2=1001) and (sec1=0101 and sec2=1001) then hou2=0000; elsif (hou2=1001and cj=110)or (hou1=0010and hou2=0011and cj=110) then hou2=0000;-md=1; elsif

27、(min1=0101 and min2=1001) and (sec1=0101 and sec2=1001)or (cj=110) then hou2=hou2+1;-speak=clk; end if; end if;if cj=001 then hou2=0000; end if;end process h220;-小時(shí)十位h110:process(clk1,hou2,min1,min2,sec1,sec2,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if (hou1=0010 and hou2=0011)and(min1=0101 and min2=1

28、001) and (sec1=0101 and sec2=1001) then hou1=0000; elsif hou1=0010and hou2=0011and cj=110 then-當(dāng)時(shí)間為23點(diǎn)且處于校時(shí)狀態(tài)時(shí) hou1=0000; elsif (hou2=1001and(min1=0101 and min2=1001) and (sec1=0101 and sec2=1001)or (hou2=1001and cj=110) then hou1=hou1+1; end if; end if;if cj=001 then hou1=0000; end if;end process h

29、110;-時(shí)間設(shè)置小時(shí)部分sethour1:process(clk1,seth1,seth2,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if seth1=0010and seth2=0011 then seth1=0000; elsif seth2=1001 then seth1=seth1+1; end if; end if;if cj=001 then seth1=0000; end if;end process sethour1;-sethour2:process(clk1,seth1,cj) begin if clk1event and clk1=1

30、 then if (seth1=0010and seth2=0011)or seth2=1001 then -其中seth1,seth2分別是調(diào)時(shí)的小時(shí)部位的十位與個(gè)位 seth2=0000; elsif cj=111 then seth2=seth2+1; end if; end if;if cj=001 then seth2=0000; end if;end process sethour2;-時(shí)間設(shè)置分鐘部分setmin1:process(clk1,setm2,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if setm1=0101and setm2=10

31、01 then setm1=0000; elsif setm2=1001 then setm1=setm1+1; end if; end if;if cj=001 then setm1=0000; end if;end process setmin1;-setmin2:process(clk1,cj) begin if clk1event and clk1=1 then if setm2=1001 then setm2=0000; elsif cj=101 then setm2=setm2+1; end if; end if;if cj=001 then setm2=0000; end if;

32、end process setmin2;-鬧鈴speaker:process(clkk,hou1,hou2,min1,min2,cj) begin if clkkevent and clkk=1then if seth1=hou1 and seth2=hou2 and setm1=min1 and setm2=min2 then speak=beep; else speak=0; end if; end if;if cj=001 then speak=0; end if;end process speaker;-disp:process(sel,cj,hou1,hou2,min1,min2,sec1,sec2,seth1,seth2,setm1,setm2)-顯示 begin if sel=000 then seloutdoutdoutdoutdout=00000000;-不顯示 end case; elsif sel=001 then selo