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1、 COLLEGE OF COMPUTER SCIENCE ZHEJIANG UNIVERSITY HANGZHOU 310027, P.R.CHINA 数字系统设计实验实验报告 实验题目：数字式秒表设计 实验题目：数字式秒表设计 姓名学号：李云河 3100105050 姓名学号：李云河 3100105050 年级专业：10 级 电子科学与技术专业 年级专业：10 级 电子科学与技术专业 所在院系：信息与电子工程学系 所在院系：信息与电子工程学系 数字系统设计实验 数字式秒表设计 0 目录 目录 实验任务 1 实验原理 1 实验任务 1 实验原理 1 1、时钟管理模块 2 2、分频模块 2 3、
2、按键控制模块 2 4、计时模块 7 5、控制器 8 6、显示模块 8 实验步骤及结果 9 实验步骤及结果 9 1、顶层模块 9 2、DCM 内核的生成 12 3、分频器模块 12 4、按键处理模块 13 5、控制器 17 6、计数器 20 7、显示模块 21 问题解决办法 23 实验心得 24 问题解决办法 23 实验心得 24 数字系统设计实验 数字式秒表设计 1 数字式秒表设计 数字式秒表设计 实验任务 实验任务 设计一个数字秒表电路。设计的具体要求如下： 1、计时范围 0000.05959.9，分辨率为 0.1s，用数码管显示计时值； 2、 秒表有一个按键开关。 当电路处于 “初始” 状
3、态时， 第一次按键， 计时开始 （ “计时” 状态） ；再次按键，计时停止（ “停止”状态） ；第三次按键，计时器复位为 0000.0, 且电路回到初始状态。 实验原理 实验原理 根据任务设计要求，作为数字式秒表，设计必须要有一个数字现设。很明显，整个设计 思路是围绕“计数器”这个核心展开，包括时钟的控制（产生分频）和秒表的运行（一个计 数过程） 。根据秒表的最大显示范围（0000.05959.9） ，本实验结果的显示需 要有五个数码管，通过外部的开关防颤动电路来设计控制器，从而达到对计时模块的控制， 完成“计数” 、 “停止”和“复位”的动作。 此外， 由于数字钟为低速电路， 而 XUP V
4、irtex- Pro 开发系统只提供 100MHz 主时钟， 因此需要时钟管理模块（DCM）来产生实验的主时钟和必要的分频电路产生内部电路所需信 号。 根据设计要求，可画出秒表电路的原理框图，如图 1.1 所示，秒表电路由时钟管理模块 （DCM） 、分频器模块、按键处理模块、控制器、计时模块和显示模块组成。 图 1.1 秒表电路的原理框图 数字系统设计实验 数字式秒表设计 2 时钟管理模块（DCM） ：采用 16 分频，输出 6.25MHz 的 sys_clk 信号作为主时钟； 分频器模块：将 6.25MHz 的 sys_clk 信号通过分频分别产生 400Hz 的 pulse400Hz 信号
5、 和 10Hz 的 pulse10Hz 的信号， 其中 400Hz 的 pulse400Hz 信号主要用于处理防颤动电路和显 示模块，而 10Hz（T=0.1s）的 pulse10Hz 的信号则主要作为计时模块的使能。 按键处理模块：主要是防颤动电路的应用。 控制器：结合按键处理模块输出的信号（ButtonOut）,以状态机的形式控制计时模块， 从而达到对数字式秒表各个动作的控制。 计时模块：数字式秒表的核心部分，产生 0000.05959.9这个范围内的 所有信号。 显示模块：显示计时模块的结果，即数字式秒表的运行。 一、时钟管理模块（DCM） 一、时钟管理模块（DCM） 由于数字钟为低速电
6、路，而 XUP Virtex- Pro 开发系统只提供 100MHz 主时钟， 因此需插入 DCM 分频模块以降低系统的工作时钟，从而提高系统的可靠性。DCM 可采用 16 分频，输出 6.25MHz 的 sys_clk 信号作为系统的主时钟。 二、分频器模块 二、分频器模块 分频器的功能有： （1）产生用于计时的秒脉冲信号 pulse10Hz，频率为 10Hz； （2） 产生用于按键处理模块和显示模块的扫描脉冲信号pulse400Hz， 频率为400Hz。 分频器设计的注意事项： （1）同步电路要求秒脉冲电路信号 pulse10Hz 和扫描脉冲信号 pulse400Hz 的脉冲 宽度为一个系
7、统主时钟信号 sys_clk 的周期； （2）分频器原理框图如图所示，先设计一个分频比为 15625 的分频器，产生 400Hz 的扫描脉冲信号 pulse400Hz，再由 pulse400Hz 控制分频比为 400 的分频器产生 1Hz 的秒脉冲电路信号 pulse10Hz。 三、按键处理模块“开关防颤动电路” 三、按键处理模块“开关防颤动电路” 按键处理模块完成按键输入的同步器、开关防颤动和脉冲宽度变换等功能，即当按 键一次，输出一个宽度为 sys_clk 周期的脉冲信号 ButtonOut。 异步输入信号主要有两种，其一为开关（或按键）输入，其二为来自不同时钟域的 由不同时钟同步的信号。而异步输入信号对系统的影响有以下几点： （1） 异步输入不是总能满足（它们所馈送的触发器）建立和保持时间的要求。 数字系统设计实验 数字式秒表设计 3 因此，异步输入常常会把错误的数据锁存到触发器，或者使触发器进入亚 稳态结构。在该状态下触发器的输出不能识别为 1 或 0，如果没有正确的 处理，亚稳态会导致严重的系统可靠性问题。 （2） 异步输入信号的宽度是不确定的，因此系统可能采样不到宽度小于一个时 钟周期的异步输入，也可能对大于一个周期的异步输入进行多次采样。 （3） 如果是开关（或
