EDA課程設(shè)計(jì) 數(shù)字秒表

1、電子課程設(shè)計(jì)-數(shù)字秒表的設(shè)計(jì) 學(xué) 院：電子信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 通信111502 姓 名： 馬淑慧 學(xué) 號(hào)： 201115030218 指導(dǎo)教師： 王海東 2013年12月目錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1二.總體框圖 1三.選擇器件 1四.功能模塊 24.1 分頻模塊24.2 0.01秒模塊34.3 秒模塊54.4 分模塊64.5 掃描模塊74.6 數(shù)碼管模塊94.7 三八譯碼器模塊 11五.總體設(shè)計(jì)電路圖135.1總體電路設(shè)計(jì)原理圖135.2仿真結(jié)果135.3管腳分配205.4硬件實(shí)現(xiàn)20六心得體會(huì)22數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字秒表，用VHDL語(yǔ)言編程，并進(jìn)行下載，仿真。具體

2、化技術(shù)指標(biāo)如下：（1）數(shù)字秒表的計(jì)時(shí)范圍是0秒-59分59.99秒，顯示的最長(zhǎng)時(shí)間為59分59秒；（2）數(shù)字秒表的計(jì)時(shí)精度是10ms；（3）復(fù)位開關(guān)可以在任何情況下使用，即便在計(jì)時(shí)過(guò)程中，只要按一下復(fù)位開關(guān)，計(jì)時(shí)器就清零，并做好下次計(jì)時(shí)的準(zhǔn)備；（4）具有啟/停開關(guān)，即按一下啟/停開關(guān)，起動(dòng)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，再按一下啟/停開關(guān)則停止計(jì)時(shí)。二總體框圖分頻器高/低電平0.01秒模塊秒模塊分模塊置數(shù)/位選顯示模塊圖1.總體框圖由頻率信號(hào)輸出端輸出頻率為100HZ的時(shí)鐘信號(hào)，輸入到0.0秒模塊的時(shí)鐘端clk，0.01秒模塊為100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)count輸入到下一級(jí)秒模塊的時(shí)鐘端，以此類推，

3、直到分模塊計(jì)數(shù)到59進(jìn)60時(shí)，產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)不輸出，計(jì)數(shù)清零。將0.01秒、秒、分產(chǎn)生的計(jì)數(shù)通過(guò)置數(shù)/位選再通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。三器件選擇1、PC機(jī)一臺(tái)。2、CPLD/FPGA適配器板：標(biāo)準(zhǔn)配置EPF10K10LC84-4接口板，下載接口是數(shù)字芯片的下載接口（DIGITAL JTAG），主要用于CPLD/FPGA芯片的數(shù)據(jù)下載。3、實(shí)驗(yàn)箱：裝有七段數(shù)碼管，七段數(shù)碼管真值表及字型如下：輸入輸出字型DCBA000011111100001011000000101101101001111110010100011001101011011011011010111110111111000010001111

4、11110011111011表1.七段數(shù)碼管真值表七段數(shù)碼管字形如下：圖2.數(shù)碼管字型圖4 功能模塊4.1 分頻模塊設(shè)計(jì)1.模塊圖 圖3.分頻器模塊圖時(shí)鐘脈沖是50MHz，因此在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行分頻，才能實(shí)現(xiàn)功能，若需要100Hz的時(shí)鐘，則需要對(duì)脈沖進(jìn)行250000次分頻；此外，實(shí)驗(yàn)還需要數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的掃描時(shí)鐘，本實(shí)驗(yàn)采用1000次分頻。2. 程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity div is port (clk:in std_logic; clk1:out std

5、_logic);end div;architecture behav of div isbeginprocess(clk)variable num:integer range 0 to 250000;variable q:std_logic;beginif clkevent and clk=1then if num=250000 then num:=0;q:=not q; else num:=num+1; end if;end if;clk1=q;end process;end behav;4.2 0.01秒模塊設(shè)計(jì)1.模塊圖圖4.0.01秒模塊圖0.01秒模塊由兩個(gè)十位計(jì)數(shù)器組成，可以實(shí)現(xiàn)帶

6、有100進(jìn)制進(jìn)位和清零功能，暫停等功能。0.01秒個(gè)位輸入為100HZ脈沖，其進(jìn)位信號(hào)輸出，作為周期時(shí)鐘信號(hào)，為0.01秒十位提供脈沖。個(gè)位模塊和十位模塊都有清零信號(hào)clear和秒表啟停位start,輸出0.01秒個(gè)位、十位及進(jìn)位信號(hào)cout。2. 仿真圖由于該模塊是由兩個(gè)十進(jìn)制級(jí)聯(lián)而成的，現(xiàn)對(duì)一個(gè)十進(jìn)制模塊仿真，仿真圖如下：圖5.十進(jìn)制仿真圖由仿真的結(jié)果可以看出來(lái)，從0000開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)計(jì)到1001時(shí)，自動(dòng)清零，所以該結(jié)果顯示其功能是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3. 程序由于兩個(gè)十進(jìn)制模塊是一樣的，所以現(xiàn)只給出一個(gè)十進(jìn)制模塊：library ieee;use ieee.std_logic_1164

7、.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity cnt10 is port(clk,clr,start:in std_logic; cout:out std_logic; daout:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end cnt10;architecture behav of cnt10 isbeginprocess(clk,clr,start)beginif clr=0 then daout=0000; elsif(clkevent and clk=1)

8、then if start=1 then if daout=1001 then daout=0000;cout=1; else daout=daout+1;cout=0; end if; end if;end if;end process;end behav;4.3 秒模塊1.模塊圖圖6.秒模塊圖秒模塊是由一個(gè)十位計(jì)數(shù)器和一個(gè)六位計(jì)數(shù)器組成，其中十位計(jì)數(shù)器為秒個(gè)位計(jì)數(shù)，六位計(jì)數(shù)器為秒十位計(jì)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)帶有60進(jìn)制進(jìn)位和清零功能，暫停等功能。秒個(gè)位輸入為0.01秒十位進(jìn)位脈沖，其進(jìn)位信號(hào)輸出，作為周期時(shí)鐘信號(hào)，為秒十位提供脈沖。個(gè)位模塊和十位模塊都有清零信號(hào)clear和秒表啟停位start,輸出

9、秒個(gè)位、十位及進(jìn)位信號(hào)cout。2. 仿真圖秒模塊是有一個(gè)十進(jìn)制和一個(gè)六進(jìn)制級(jí)聯(lián)而成的，十進(jìn)制仿真圖如圖5所示，現(xiàn)給出六進(jìn)制仿真圖：圖7.六進(jìn)制仿真圖由仿真的結(jié)果可以看出來(lái)，從0000開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)計(jì)到0101時(shí)，自動(dòng)清零，所以該結(jié)果顯示其功能是一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3. 程序十進(jìn)制模塊在0.01秒模塊中已經(jīng)給出，現(xiàn)只給出六進(jìn)制程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity cnt6 is port(clk,clr,sta

10、rt:in std_logic; cout:out std_logic; daout:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end cnt6;architecture behav of cnt6 isbeginprocess(clk,clr,start)beginif clr=0 then daout=0000; elsif(clkevent and clk=1)then if start=1 then if daout=0101 then daout=0000;cout=1; else daout=daout+1;cout=0; end if; end if

11、;end if;end process;end behav;4.4 分模塊圖8.分模塊圖分模塊和秒模塊原理一樣，也是由一個(gè)十位計(jì)數(shù)器和一個(gè)六位計(jì)數(shù)器組成，其中十位計(jì)數(shù)器為分個(gè)位計(jì)數(shù)，六位計(jì)數(shù)器為分十位計(jì)數(shù)。分模塊生成的器件可以實(shí)現(xiàn)帶有60進(jìn)制進(jìn)位和清零功能，暫停等功能，分個(gè)位輸入為秒十位進(jìn)位脈沖，其進(jìn)位信號(hào)輸出，作為周期時(shí)鐘信號(hào)，為分十位提供脈沖。個(gè)位模塊和十位模塊都有清零信號(hào)clear和秒表啟停位start,輸出分個(gè)位、十位及進(jìn)位信號(hào)cout。（由于分模塊的程序及仿真圖同秒模塊一樣，現(xiàn)不重復(fù)給出）4.5掃描模塊1. 模塊圖圖9.掃描模塊圖該模塊的功能是對(duì)輸入信號(hào)依次進(jìn)行掃描顯示，產(chǎn)生對(duì)數(shù)碼管

12、的選擇信號(hào)。2. 仿真圖圖10.掃描模塊仿真圖本次仿真中，設(shè)定dain0是由0000-0001連續(xù)變化，dain1是由0010-0011連續(xù)變化，dain2是由0100-0101連續(xù)變化，dain3是由0110-0111連續(xù)變化，dain4是由1000-1001連續(xù)變化，dain5是由1010-1011連續(xù)變化。由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)sel=000時(shí)，選中dain0,輸出dain0中的數(shù)據(jù)；當(dāng)sel=001時(shí)，選中dain1,輸出dain1中的數(shù)據(jù)；當(dāng)sel=010時(shí)，選中dain2,輸出dain2中的數(shù)據(jù)；當(dāng)sel=011時(shí)，選中dain3,輸出dain3中的數(shù)據(jù)；當(dāng)sel=100時(shí)，選中d

13、ain4,輸出dain4中的數(shù)據(jù)；當(dāng)sel=101時(shí)，選中dain5,輸出dain5中的數(shù)據(jù)。3. 程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity seltime is port(clk,clr,start:in std_logic; dain0,dain1,dain2,dain3,dain4,dain5:in std_logic_vector(3 downto 0); daout:out std_logic_vector

14、(3 downto 0); sel:out std_logic_vector(2 downto 0);end seltime;architecture behav of seltime is signal temp:std_logic_vector(2 downto 0);signal d_out:std_logic_vector(3 downto 0);beginsel=temp;process(clk,clr)beginif clr=0then temp=000;elseif clkevent and clk=1 thenif temp=101 thentemp=000;elsetemp=

15、temp+1;end if;end if;end if;end process;process(temp,clr,dain0,dain1,dain2,dain3,dain4,dain5)begin if clr=0 then d_out=0000; else if temp=000 then d_out=dain0; elsif temp=001 then d_out=dain1; elsif temp=010 then d_out=dain2; elsif temp=011 then d_out=dain3; elsif temp=100 then d_out=dain4; elsif te

16、mp=101 then d_out=dain5; else d_out=0000; end if; end if;end process;daout=d_out;end behav;4.6 數(shù)碼管模塊1. 模塊圖圖11.數(shù)碼管模塊圖該模塊的功能是將輸入BCD碼數(shù)轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管需要的數(shù)據(jù)。其對(duì)應(yīng)關(guān)系為：numled0000111111000010110000001011011010011111100101000110011010110110110110101111101111110000100011111111001111101110101110111表2.數(shù)碼管真值表2. 仿真圖圖12.數(shù)碼

17、管顯示仿真圖由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)num=0000時(shí)，led輸出為1111110；當(dāng)num=0001時(shí)，led輸出為0110000；當(dāng)num=0010時(shí)，led輸出為1101101；當(dāng)num=0011時(shí)，led輸出為1111001；當(dāng)num=0100時(shí)，led輸出為0110011；當(dāng)num=0101時(shí)，led輸出為1011011；當(dāng)num=0110時(shí)，led輸出為1011111；當(dāng)num=0111時(shí)，led輸出為1110000；當(dāng)num=1000時(shí)，led輸出為1111011；當(dāng)num=1001時(shí)，led輸出為1110111。與表2的對(duì)應(yīng)關(guān)系相符合。3. 程序library ieee;use

18、ieee.std_logic_1164.all;entity seg7 is port(num:in std_logic_vector(3 downto 0); led:out std_logic_vector(7 downto 0);end seg7;architecture behav of seg7 isbegin process(num) begin led1); case num is when0000=ledledledledledledledledledledNULL; end case; end process;end behav;4.7 三八譯碼器模塊1. 模塊圖圖13.三八

19、譯碼器模塊圖該模塊的功能是將輸入BCD碼數(shù)轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管需要的數(shù)據(jù),將seltime中的BCD碼編譯到共陰數(shù)碼管。2.仿真圖圖14.三八譯碼器仿真圖由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，輸入sel與輸出q的關(guān)系有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：sel q011111110111111101211111011311110111411101111511011111others11111111表3.三八譯碼器真值表3. 程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity decode3_8 is port(sel:in s

20、td_logic_vector(2 downto 0); QQ:out std_logic_vector(7 downto 0);end decode3_8;architecture one of decode3_8 is begin QQ SYNTHESIZED_WIRE_0, clr = clear, start = start, cout = SYNTHESIZED_WIRE_13, daout = SYNTHESIZED_WIRE_7);b2v_inst1 : cnt6PORT MAP(clk = SYNTHESIZED_WIRE_1, clr = clear, start = sta

21、rt, cout = SYNTHESIZED_WIRE_3, daout = SYNTHESIZED_WIRE_10);b2v_inst10 : cnt6PORT MAP(clk = SYNTHESIZED_WIRE_2, clr = clear, start = start, daout = SYNTHESIZED_WIRE_12);b2v_inst11 : cnt10PORT MAP(clk = SYNTHESIZED_WIRE_3, clr = clear, start = start, cout = SYNTHESIZED_WIRE_2, daout = SYNTHESIZED_WIR

22、E_11);b2v_inst2 : divPORT MAP(clk = clk, clk1 = SYNTHESIZED_WIRE_0);b2v_inst20 : decode3_8PORT MAP(sel = SYNTHESIZED_WIRE_4, QQ = sel);b2v_inst3 : div1000PORT MAP(clk = clk, clk1 = SYNTHESIZED_WIRE_6);b2v_inst4 : seg7PORT MAP(num = SYNTHESIZED_WIRE_5, led = led);b2v_inst5 : seltimePORT MAP(clk = SYN

23、THESIZED_WIRE_6, clr = clear, start = start, dain0 = SYNTHESIZED_WIRE_7, dain1 = SYNTHESIZED_WIRE_8, dain2 = SYNTHESIZED_WIRE_9, dain3 = SYNTHESIZED_WIRE_10, dain4 = SYNTHESIZED_WIRE_11, dain5 = SYNTHESIZED_WIRE_12, daout = SYNTHESIZED_WIRE_5, sel = SYNTHESIZED_WIRE_4);b2v_inst6 : cnt10PORT MAP(clk

24、= SYNTHESIZED_WIRE_13, clr = clear, start = start, cout = SYNTHESIZED_WIRE_14, daout = SYNTHESIZED_WIRE_8);b2v_inst7 : cnt10PORT MAP(clk = SYNTHESIZED_WIRE_14, clr = clear, start = start, cout = SYNTHESIZED_WIRE_1, daout = SYNTHESIZED_WIRE_9);a = led(0);b = led(1);c = led(2);d = led(3);e = led(4);f

25、= led(5);g = led(6);dp = led(7);vga = vga_ALTERA_SYNTHESIZED;vga_ALTERA_SYNTHESIZED(1) = 1;vga_ALTERA_SYNTHESIZED(0) = 0;vga_ALTERA_SYNTHESIZED(3) = 0;vga_ALTERA_SYNTHESIZED(2) = 0;END bdf_type;5.3管腳分配圖21.管腳分配圖5.4硬件實(shí)現(xiàn)1.實(shí)驗(yàn)連線1.CLK接IO3;2.LED1接IO1;3.功能選擇位VGA3.0狀態(tài)為0010;4.代表譯碼驅(qū)動(dòng)的管腳SCAN0-SCAN7已經(jīng)接到實(shí)驗(yàn)箱上的SCAN-SCAN7;5.代表七段數(shù)碼管的SEG70-SEG6已經(jīng)接到實(shí)驗(yàn)箱上。2.下載仿真結(jié)果圖22.下載仿真圖圖23.下載仿真圖3.仿真分析秒十位和分十位均為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，應(yīng)用QUARTUSII進(jìn)行仿真，得其仿真；電路共有六個(gè)輸出需用六位數(shù)碼管顯示，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描；電路輸出為4位信號(hào)，需用譯碼電路對(duì)其譯碼在數(shù)碼管顯示；試驗(yàn)箱所給的頻率為50MHZ，故需對(duì)其進(jìn)行分頻。(1) 設(shè)置一個(gè)clear信號(hào)：當(dāng)信號(hào)clear0時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位；當(dāng)clear=1時(shí)，進(jìn)行計(jì)時(shí)功能。并當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)滿