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1、 课 程 设 计 课程名称课程名称 EDA 技术技术 课题名称课题名称 棋类竞赛计时系统设计棋类竞赛计时系统设计 专专 业业 电子科学与技术电子科学与技术 班班 级级 0801 学学 号号 03 姓姓 名名 蒋知英蒋知英 指导教师指导教师 郭照南郭照南 2011 年年 6 月月 24 日日 2 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称课程名称： EDA 技术 题题 目目：基于基于 VHDLVHDL 的棋类竞赛计时系统设计的棋类竞赛计时系统设计 专业: 电科 班级： 0801 班 学生姓名：蒋知英 学号：03 指导老师： 郭照南 审 批： 任务书下达日期 2011 年 6 月 13 日星期一 设计
2、完成日期 2011 年 6 月 24 日星期五 3 设计内容与设计要求 一设计内容：一设计内容： 用 FPGA 为核心器件,用 VHDL 为设计手段设计并制作一个用于 棋类比赛的计时钟系统，功能要求如下： 1. 该计时钟可分别完成甲乙对规定用时的计时和规定时间用 完后的读秒计时。 2. 规定甲乙双方各有 2 小时比赛规定用时，分别设计各方的 用时定时器，并用数码管显示各方已用的时、分从 0：001：59 计时间隔为 1S。 3. 2 小时规定时间用完后，每方限定在 30 秒内必须下出一步 棋，此时定时器将完成对读秒时间的 30S 倒计时，并数码 管显示此时过程 3000。若计时到零，则发生警报
3、信号该 方超时负。 4. 各定时器设置计时暂停/继续键，在规定时间计时时，该 键的作用为暂停本方计时，并继续对方计时；在读秒时间 计时时，该键的作用为复位本方计时起始点 29S，并启动 对方定时器。 5. 设置系统复位键，比赛结束时，按该键使各方的定时器均 复位到规定时间的零点 0：00，以便重新开始比赛。 二、设计要求：二、设计要求： 1、 设计思路清晰，给出整体设计框图； 2、 在Quartus中用 VHDL 完成各单元模块的设计，完 成其功能仿真和编译并生成低层模块； 3、 在Quartus中用原理图输入法完成顶层设计并编译 通过； 4、 在Quartus中完成设计下载并调试电路； 5、
4、 写出设计报告； 4 主要设计条件 1、提供 EDA 设计环境和 EDA 软件 Quartus； 2、提供 EDA 实验箱和 CPLD 下载装置； 说明书格式 1、课程设计报告书封面； 2、任务书； 3、说明书目录； 4、设计总体思路； 5、单元电路设计； 6、总电路设计； 7、设计调试体会与总结； 8、附录； 9、参考文献。 5 进 度 安 排 星期一 上午 安排任务、讲课。 星期一 下午 熟悉 MAX+PLUS的使用； 星期二星期五 查资料、设计 星期一星期二 设计输入和设计仿真四楼 EDA 室 星期三 低层编译和设计下载四楼 EDA 室 星期四 调试电路、写总结报告； 星期五 答辩。 参
5、 考 文 献 6 PLD 器件与 EDA 技术 李冬梅编 电子技术课程设计指导 彭介华、主编 高等教育出版社 电子线路设计、实验、测试 谢自美主编 华中理工出版社。 7 目录目录 1. 设计总体思路设计总体思路7 1.1 基本原理： 7 1.2 设计模块总体框图如下： 8 2. 单元电路设计单元电路设计9 2.1 秒 60 进制加法计数时的设计：9 2.2 分 60 进制加法计时器的设计：.9 2. 3 30 秒倒计时 10 2.4 二进制计时器11 2.5 控制模块的设计11 2.6 选择模块的设计.12 2.7 显示模块的设计.12 3. 总电路设计总电路设计14 4. 设计调试体会与总结
6、设计调试体会与总结15 5. 附录：附录：16 5.1 秒 60 进制计时器程序16 5.2 分 60 进制计时器程序 17 5.3 30 秒倒计时程序19 5.4 控制器程序21 5.5 选择器程序22 5.6 二进制计时器程序22 5.7 显示模块程序23 6. 参考文献：参考文献：26 8 设计总体思路设计总体思路 基本原理：基本原理： 本计时钟可分别完成甲乙对规定用时的计时和规定时间用完后的 30 秒倒计时的功能。设计要求中规定甲乙双方各有 2 小时比赛规定用时，可 分别设计各方的用时定时器，并用数码管显示各方已用的分、秒从 00：0059：59 计时间隔为 1S，用分的进位来驱动一个
7、 LED 表示时，当 分有进位是 LED 灯亮即为一个小时。 2 小时规定时间用完后，每方限定在 30 秒内必须下出一步棋，此时 定时器将完成对读秒时间的 30S 倒计时，并数码管显示此时过程 2900。若计时到零，则发生警报信号该方超时负。设计要求中各定时器 设置计时暂停/继续键，在规定时间计时时，该键的作用为暂停本方计时， 并继续对方计时；在倒计时时，该键的作用为复位本方计时起始点 29S， 并启动对方定时器。设置系统复位键，比赛结束时，按该键使各方的定时 器均复位到规定时间的零点 00：00，以便重新开始比赛。 按照设计要求，分别为甲乙双方设计规定时 2 小时计时器和 30 秒倒 记时器
8、。在控制模块的作用下，相互协调工作：在规定时 2 小时内，30 秒倒计时器不工作，输入继续暂停信号时能暂停其中一方计时器的同时 继续另一方的计时。当甲或乙规定两小时用完后，启动各自的 30 秒计数 器进行倒计时，这时的输入继续暂停信号能复位其中一方的 30 秒计时器 到 29，并开始另一方的 30 秒倒计时器。当比赛结束时，从清零端输入复 位信号，各计时器复位，以重新开始下场比赛。 选择模块的设置，是为了很好解决显示管数量不足的问题。在两小 时规定时间用完后二进制有个进位在改进位的控制下，选择器分别选择规 定两小时秒和 30 秒倒计时的显示，故甲乙每方的时间上的显示就只需要 4 个数码管，总共
9、 8 个。 显示模块是一个动态扫描显示电路。在一个人眼观察不出的扫描频 率下，轮流在相对应的显示管上显示输入端口的输入的数据。同时当甲乙 任一方所有时间都用完时，就输出报警信号，宣布比赛结束，谁的时间先 用完谁就输了。 9 设计模块总体框图如下设计模块总体框图如下： 控 制 器 2 进制 计时 器 选 择 器 分 60 进制 计时 器 30 秒倒 计时 2 进制 计时 器 分 60 进制 计时 器 秒 60 进 制计时 器 秒 60 进 制计时 器 30 秒倒 计时 显 示 模 块 10 单元电路设计单元电路设计 1、秒、秒 60 进制加法计数时的设计进制加法计数时的设计： 对于秒 60 进制
10、的加法计数器的设计，有个位、十位的输出来驱动显 示模块来显示，以及一个脉冲行的进位位，来驱动分 60 秒，作为分 60 秒 的时钟脉冲。其输入有清零端，使能端和时钟脉冲，当清零端为高电平 1 时此计数器被清零，而重新开始计时已被下次比赛使用，当使能端为低电 平时该计数器不工作处于暂停状态，而通过控制模块使得另一方的计时器 工作从而达到暂停本方而继续对方的功能。 秒 60 进制模块如右图所示： 设计此计数器模块的目的是为了显示规定两小时用时 的秒以及驱动分 60 进制。该模块的个位和十位的输 出经过选择器来按时分别选择所需的输出。 其时序仿真图如下图所示： 2 2、分、分 6060 进制加法计时
11、器的设计进制加法计时器的设计： 对于分 60 进制的加法计数器的设计，也有个位、十位的输出来驱 动显示模块来显示，以及一个脉冲行的进位位，来驱动分 60 秒，作为分 60 秒的时钟脉冲和一个高电平的进位输出，用来驱动二进制计数器使其 分在运行两次后停止计数，表示规定的两小时已经用完。其输入有清零端， 使能端和时钟脉冲，当清零端为高电平 1 时此计数器被清零，而重新开始 计时已被下次比赛使用，当使能端为低电平时该计数器不工作处于暂停状 态，而通过控制模块使得另一方的计时器工作从而达 到暂停本方而继续对方的功能。 分 60 进制模块如右图所示： 设计此计数器目的是为了显示规定两小时用时的 分，以及
12、驱动二进制和驱动 LED 灯，使其表示为一 个小时，控制这个的是高电平进位端 co，但分 60 进 制有个进位是 co 就为高电平 1，此时将其通过控制模 11 块使其输出一个低电平，将其接到 LED 灯上，就可以表示为一个小时。 其时序仿真图如下所示： 3、30 秒倒计时秒倒计时 30 秒倒计时器是一个减法计数器。所示完成对甲和乙用完归定时间 的读秒计时。该计数器从 29 开始，如果清零端无效，每来一个秒脉冲， 在继续使能端有效下减少 1 到 28。依次到 00，此时 输出一个进位信号 co 为高电平 1，直到有清零端复位 有效时进位信号才回到 0，此时计数器复位到 29，重 新开始计时。其
13、中复位端的功能为复位本方而继续对 方，与在规定的两小时中暂停本方和继续对方为同一 个键。其模块如右图所示： 其时序仿真图如下所示： 12 4、二进制计时器、二进制计时器 二进制计时器以分 60 计时器的脉冲进位为时钟，当 分计时器有进位则二进制计时器就计时一次，当来两个 脉冲则二进制就有个高电平进位输出，这个高电平经过 控制器来控制 30 秒倒计时，并且使得分计时器停止计时， 当系统有个清零信号，则二进制被清零且进位位为零。 其模块如右图所示： 其时序仿真图如下所示： 5、控制模块的设计、控制模块的设计 控制模块用来控制各个模块的，首先它可以通过 二进制的进位来控制 30 秒倒计时的启动以及控
14、制分 60 计时器停止计时；通过使能端来控制甲乙两方暂停和继 续的问题，还通过二进制的进位来控制数码管显示秒的 选择问题，当二进制进位为高电平是则选择显示 30 秒 倒计时，否则显示 60 秒计时器，还通过 30 秒倒计时的 进位来控制 30 秒倒计时停止工作即进位位为 1；并可 通过清零键控制整个系统的清零。其模块如右图所示： 其时序仿真图如下所示： 13 6 6、选择模块的设计、选择模块的设计 选择模块的设计为了解决数码管数量不足的问 题，当在规定的两小时计时时，即二进制的进位 为零时即控制器的 start=0 时选择两小时秒的显 示，当规定的两小时用完时，即二进制的进位为 1 时即控制器
15、的 start=1 时选择 30 秒倒计时显示， 只要就解决了数码管数量不足的问题了。 其模块如右图所示： 其时序仿真图如下所示： 7 7、显示模块的设计、显示模块的设计 八个输入端口分别接选择模块的输入，在一 个较高的时钟脉冲钟作用下，从第一个输入端口 的情况依次扫描到第八个，并在显示管上显示。 其中 d030 、d130、d230、d330、 d430、d530、d630、d730分别是甲的 60 秒个位、60 秒十位、60 分个位、60 分十位， 其后四个为乙的显示同甲。而在规定两小时用完 后 d030 、d130、d430、d530则分别显 示甲乙 30 秒倒计时的个位和十位，但 d2
16、30、 d330、d630、d730 分别依然显示甲乙的 分 60 的个位和十位，所以也称位动态扫描显示。 SG60 和 BT70分别为段控制信号和位控制信 号。而 A1、A2、A3、A4 则是个进制计时器进位 的输入，B、BA、BB 是依据 A1、A2、A3、A4 来判断输出的，B 是 30, 秒倒计时用完即某方输的报警信号的输出接 LED 灯，而 BA、BB 则是用 来显示甲乙两方规定用时的时的表示接 LED 灯，灯亮为一小时。 其模块如右图所示： 14 其时序仿真图如下所示： 15 总电路设计总电路设计 将各个功能程序生成模块，在按任务要求以及设计 思路将各个模块连接起来组成一个能实现任务需求 功能的总电路图模块： 总电路图模块如下图所示： 各个模块关系连接的
