《最终论文 基于vhdl的多功能数字钟设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最终论文 基于vhdl的多功能数字钟设计（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西安欧亚学院本科毕业论文（设计）西安欧亚学院 本科毕业论文（设计） 题 目： 基于VHDL的多功能数字钟设计 学生姓名： 指导教师： 所在分院： 专 业： 班 级： 二O 年 月西安欧亚学院本科毕业论文（设计）基于VHDL的多功能数字钟设计摘要：本设计为一个多功能的数字钟，具有时、分、秒计数显示功能、校时功能、定时闹钟功能以及校园打铃功能。此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置，它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒；校时功能可以根据需要自行设置时间；本课题还应定时闹铃功能，可以在任意时间响闹铃；此外，本课题具有校园打铃功能，即在每天固定时间（春季和
2、夏季作息时间不同）响铃20s。本设计采用EDA技术，以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段设计文件，在Quartus II 9.0工具软件环境下，采用自顶向下的设计方法，由各个基本模块共同构建了一个基于FPGA的数字钟。硬件系统主芯片采用EP1C6TC144，整个软件方案由时钟模块、控制模块、计时模块、数据译码模块、显示以及报时模块组成。经编译和仿真所设计的程序，在可编程逻辑器件上下载验证。本系统用晶体振荡器产生时间标准信号，这里采用石英晶体振荡器，然后经过分频得到需要的秒计时信号。根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期，分别组成两个60进制（秒、分）、一个24进制（时）
3、的计数器，构成秒、分、时的计数，实现计时的功能。显示器件选用LED七段数码管，在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。关键词：数字钟；硬件描述语言；VHDL；FPGA；键盘接口Multi-Functional Digital Clock Based on VHDLAbstract: The propose of this thesis is to design a multi-functional digital clock with the hour, minute and second display function, time adjusting function, t
4、he alarm function and the campus ring function. This digital clock can display hour, minute and second, which has an timing period of 24 hours, and the maximum time is 23:59:59. With time adjusting function, one can set arbitrary time manually. This clock should also have alarm function that can rin
5、g at desired time. Besides, this design can be used as a campus ring system, i.e. ring at pre-setted time, which is different at spring and autumn.This design is based on EDA technique, and use VHDL as the programing language. In Quartus II 9.0, we use the Down design method, and constitute a digita
6、l clock with several basic blocks. The main hardware IC is EP1C6TC144, and the software scheme contains blocks such as clock block, control block, timing block, LED decoding block, display block and ring block. After compile and simulation, we download the software to FPGA chip. This system need osc
7、illator to generate standard time, then get second signal after frequency division. In corroding to the rule that there are 60 seconds in a minute, 60 minutes in a hour, and 24 hours in a day, we need two 60 counter and one 24 counter to implement the clock function. We choose LED as the display com
8、ponent, which can display clear and ocular digital symbol under the control of LED decoding circuit.Keywords: digital clock; hardware description language; VHDL; FPGA; keyboard interface目录1 绪论11.1 选题背景21.1.1 课题相关技术的发展21.1.2 课题研究的必要性31.1设计功能要求41.2 课题研究的内容42 FPGA开发流程简介52.1 FPGA概述52.2 FPGA基本结构52.3 FPGA
9、系统设计流程82.4 FPGA开发编程原理103 数字钟总体设计方案113.1 系统方案的选择113.2 数字钟的构成143.2 数字钟的工作原理164 单元电路设计174.1 分频模块电路设计与实现174.2 校时控制模块电路设计与实现194.2.1 键盘接口电路原理194.2.2 键盘接口的VHDL描述204.3 计数模块设计与实现254.3.1 秒和分计数模块254.3.2 时计数模块274.3.3 时钟校时模块294.3.3 带校时功能的整体时钟模块304.4 定时闹铃模块324.4.1 闹铃控制模块324.4.2 闹铃比较模块344.5 校园打铃闹铃模块354.5.1 校园打铃模块3
10、54.5.2 打铃时间调整模块384.6 显示电路设计与实现395 结论与研究展望465.1 结论465.2 研究展望48致谢49参考文献50III1 绪论现代社会的标志之一就是信息产品的广泛使用，而且是产品的性能越来越强，复杂程度越来越高，更新步伐越来越快。支撑信息电子产品高速发展的基础就是微电子制造工艺水平的提高和电子产品设计开发技术的发展。前者以微细加工技术为代表，而后者的代表就是电子设计自动化（electronic design automatic, EDA）技术。集成电路是随着计算机技术的发展而不断进步，1946年2月15日世界上第一台通用电子数字计算机使用了18000个电子管，15
11、00个继电器以及其他器件，安装在面积为9*15平方米的室内。在20世纪50年代中期第二代电子计算机问世,它是以晶体管代替了电子管，此时第一个集成电路诞生了，它包括一个晶体管,两个电阻和一个电阻。电容的组合。后来集成电路工艺日趋完善，大部分电路元件都已经以集成电路的形式出现，甚至在约1平方厘米的芯片上，就可以集成上百万个电子元件。在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路，不断的完善和改进计算机的性能与规模。计算机尤其是以微细加工技术支持的微型计算机技术飞速发展，其应用渗透到了各行各业。以单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器（DSP）为核心的计算机系统，以其软硬件可裁剪
12、、高度的实时性、高度的可靠性、功能齐全、低功耗、适应面广等诸多优点而得到极为广泛的应用。目前计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片机化三个方向告诉发展。自1975年美国德州仪器公司（Texas Instruments）第一块微型计算机芯片TMS-1000问世以来，在短短的20年间，EDA技术已发展成为计算机领域一个非常有前途的分之，它有自己的技术特征、规范和应用领域。EDA是自动控制系统的核心部件，主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。它具有体积小、性能突出可靠性高（某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器）、价格低廉等一系列优点，应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通信、家
13、用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用FPGA芯片作为核心控制部件，已经渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，前景广阔。本设计采用的VHDL是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计；支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述、覆盖面广、抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛。ASIC是专用的系统集成电路，是一种带有逻辑处理的加速处理器。而FPGA是特殊的ASIC芯片，与其他的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时
14、在线检测等优点。在控制系统中，键盘是常用的人机交换接口，当所设置的功能键或数字键按下的时候，系统应该完成该键所设置的功能。因此，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。根据键盘的结构不同，采用不同的编码方法。但无论有无编码以及采用什么样的编码，最后都要转换成为相应的键值，以实现按键功能程序的转移。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.1 选题背景本节将从FPGA嵌入式应用开发技
15、术与数字钟技术发展的客观实际出发，通过对该技术发展状况的了解，以及课题本身的需要，指出研究基于FPGA的芯片系统与设计数字钟的设计与实现的必要性。1.1.1 课题相关技术的发展当今电子产品正向功能多元化，体积最小化，功耗最低化的方向发展。它与传统的电子产品在设计上的显著区别师大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低.同时广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。美国ALTERA公司的可编程逻辑器件采用全新的结构和先进的技术，加上Quartus II开发环境，更具有高性能，开发周期短等特点，十分方便进行电子产品的开发和设计。电子设计自动化技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子
