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1、 课 程 设 计课程名称 EDA技术 课题名称 棋类竞赛计时系统设计 专 业 电子科学与技术 班 级 0801 学 号 03 姓 名 蒋知英 指导教师 郭照南 2011年 6月 24日湖南工程学院课程设计任务书课程名称： EDA技术题 目：基于VHDL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日星期一设计完成日期 2011年6月24日星期五 设计内容与设计要求 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
2、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：
3、00，以便重新开始比赛。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、 写出设计报告； 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。 进 度
4、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 考 文 献 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。目录1. 设计总体思路71.1基本原理：71.2设计模块总体框图如下：82. 单元电路设计92.1 秒60进制加法计数时的设计：92.2 分60进制加法计时器的设计：92. 3 30秒倒计时102.4 二进
5、制计时器112.5 控制模块的设计112.6 选择模块的设计122.7 显示模块的设计123. 总电路设计144. 设计调试体会与总结155. 附录：165.1 秒60进制计时器程序165.2分60进制计时器程序175.3 30秒倒计时程序195.4 控制器程序215.5 选择器程序225.6 二进制计时器程序225.7 显示模块程序236. 参考文献：26设计总体思路基本原理：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，
6、用分的进位来驱动一个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。在控制模块的作用下，相互协调
7、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
8、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。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秒倒计时显示模块单元电路设计1、秒60进制加法计数时的设计：对于秒60进制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
9、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、分60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
10、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
11、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：4、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
12、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：6、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
13、器的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、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d03.0 、d13.0、d23.0、d33.0、d43.0、d53.0、d63.0、d73.0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d03.0 、d13.0、d43.0、d53.0则分别显示甲乙30秒倒计时的个位和十位，但d23.0、d33.0、d63.0、d73.0 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。SG6.0 和BT7.0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：其时序仿真图如下所示：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：
