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1、 基于FPGA的电子钟设计 摘 要在日常生活中，电子钟是我们必不可少的一种工具，大到国家、军事、经济小到个人饮食起居。它跟人类的方方面面都有着密不可分的联系。因此我们对电子钟的研究与开发具有十分重要的意义。本论文首先介绍了本次设计所用到的技术以及仿真软件。随之介绍了电子钟使用的EP4CE6F17C8芯片，该芯片具有时钟的基本校时功能，以及实现整点报时功能。还可以进行其他功能的研究。其次我们对Verilog HDL 硬件描述语言进行初步的介绍和了解，最后我们对Quartus II仿真软件进行相关的介绍。本论文对电子钟作了整体的阐述，详细的概括了电子钟的功能与特点并由此对设计做出方案并分析。阐述了
2、电子钟的硬件和软件构成以及各个模块在软件中的功能。主要包括了分频模块，计时和校时模块，整点报时模块和译码扫描显示模块。电子钟的功能有时间显示、手动校时和整点报时等，为日常生活提供了一定的便利，具有一定的实用性。该论文有图15幅，表0个，参考文献29篇。 关键词：电子钟 Quartus II Verilog HDLDesign of electronic clock based on FPGAAbstractIn daily life, the electronic clock is a tool of our essential, large countries, military and e
3、conomic to personal daily life. It has a close connection with all aspects of human beings. Therefore, we have a very important significance for the research and development of electronic clock.This paper first introduces the design of the technology used and simulation software. Then, the EP4CE6F17
4、C8 chip used in electronic clock is introduced. The chip has the function of clock timing and the function of the whole clock. Other functions can also be studied. Secondly, we give a brief introduction and understanding of Verilog HDL hardware description language, and finally we introduce the Quar
5、tus II simulation software. This paper makes an overall exposition of the electronic clock, and gives a detailed overview of the function and characteristics of the electronic clock, and makes a plan and analysis of the design. The hardware and software of the electronic clock and the function of ea
6、ch module in the software are expounded. It mainly includes frequency division module, timing and timing module, whole point timing module and decoding scan display module. The functions of the electronic clock include time display, manual timing and timing, etc., which provide certain convenience f
7、or daily life and have certain practicability.There are 15 figures, 0 tables and 29 references in this thesis.KeyWords: electronic clock Quartus II Verilog HDL目 录摘 要IAbstractII目 录III图清单IV1 绪论11.1 选题背景11.2 国内外研究现状11.3 课题研究的内容22 软硬件技术介绍32.1 FPGA该文书32.2 EDA技术介绍42.3 verilog硬件描述语言52.4 Quartus II软件介绍63 电子
8、钟系统设计和实现83.1 电子钟的设计思路83.2 电子钟硬件部分设计94 电子钟软件模块设计124.1 分频模块设计124.2 计数模块134.3 数码显示模块174.4 报时模块205 结论23参考文献24致谢26图清单图序号图名称页码图3.1电子钟硬件总体框图9图3.2发光二极管结构图10图3.3按键模块设计图10图3.4蜂鸣电路设计图11图4.1分频模块逻辑图12图4.2分频模块时序仿真图13图4.3秒计时模块逻辑图13图4.4秒计时模块时序仿真图14图4.5分计时模块逻辑图 15图4.6小时计时模块逻辑图16图4.7小时计时模块时序仿真图17图4.8数码管显示模块逻辑图 17图4.9
9、蜂鸣器发声模块逻辑框图20图4.10整点报时模块时序仿真图21图4.11系统原理图2215基于FPGA的电子钟设计1 绪论1.1 选题背景 伴随着当今社会的不断发展和进步，电子钟的使用已经无处不在，我们的日常生活、学习、工作都需要电子钟的提醒。尤其是在节奏越来越快的今天，时间对我们起着至关重要的作用，时间就是金钱，时间是非常重要的财富。假如我们忘记时间，我们将失去很多的机会，造成很大的损失。所以，我们十分需要一个计时装置（如电子钟），来为我们提供参考的时间。但是，随着科技水平的不断提高，老式的挂钟已经无法满足我们的更高需求，而具有更多功能的数字化时钟的发展飞快，能够迎合当今的生活需求，成为生活
10、中的一个必不可少的工具1。伴随着当今社会科学技术飞速的发展， FPGA 的应用也变得越来越广泛，在游戏、军事、医学以及工业控制等不同的领域中都能见到 FPGA 技术的身影。在这些不同的领域中， FPGA 起着举足轻重的作用，伴随着半导体工艺技术的不断发展，且 FPGA 有着高性能、小体积以及低造价等特点，所以一直以来 FPGA 的发展很好。EDA（Electronic Design Automation）技术是当今电子科学设计技术中最为重要核心技术部分。 FPGA 具备一系列优点，例如：功能非常强大、保密性优秀、周期较短、智能化的开发工具、开发过程中的投资小以及能够反复编程修改等。随着科技的进
11、步，以及如今电子工艺技术的不断升级、改进，成本更低的 FPGA 器件推陈出新的速度也变得越来越快，在这样的环境下，FPGA成为了一种非常重要的现代硬件设计方式，也是众多硬件设计方式中的首选之一。本设计需要运用用FPGA芯片来实现，用EDA技术来支持， EDA技术也是有一个由浅到深的过程，经过CAD、CAE与如今的EDA三个阶段。我们将运用硬件描述语言，调用已经事先完成好的基础元件，然后进行连线调试等。本次设计需要使用Quartus II软件来进行仿真与测试，对本次设计的实用性进行验证。1.2国内外研究现状 伴随着信息技术不断地发展，时钟技术也随之迅速发展，各种参差不齐功能各异的时钟也随之出现。
12、比较著名机械钟的有布拉格天文钟，以机械正东系统为时间基准，实现对时间的计量其误差可以达到1天1分钟左右。格林威治天文台前的Shepherd gate clock，它以直流电源供电，1天内的误差大概只有几秒钟左右。还有比较常见的数字时钟，它一种是用数字电路技术实现时、分、秒及时的钟表，准确度较好，误差大概为1天1秒甚至更少。还有基本无法看到的原子钟，是目前最精准的时钟，每天的误差小于1亿分之1秒，计入国家授时中心的铯原子钟，提供全国的时间基准。在二十一世纪的今天，电子设计技术正高速的发展着，EDA技术对很多人来说也已成为非一项常普遍的工具，EDA技术的应用范围非常广泛，如果没有EDA工具的帮助和
13、支持，无论是设计硬件芯片，还是软件系统，想要实现这些功能都会变得非常困难。对电子工程设计师这类相关人群来说，现如今EDA工具对他们的设计工作毫无疑问起着至关重要的作用，可以说EDA工具造就了设计师们的今天。就现在市场反应的情况来看的话，EDA技术的发展趋势十分强劲，可以预见的是EDA技术的发展还会有很大的提升空间。随着科技的发展以及技术带来的利益，各国相关政府部门对EDA有了一个全新的认识，对EDA技术也越来越重视，对EDA技术的发展给予了很多支持和帮助。EDA的使用范围也越来越广泛，从电子信息领域到医学领域，再到工业制造领域，各行各业都出现了它的身影。由于EDA工具软件功能强大且具有多样性，
14、这些优点促使EDA的采用率不断提升。EDA技术的发展态势，用突飞猛进这个词来形容再合适不过了。1.3 课题研究的内容本次论文的题目是基于FPGA的电子钟设计，我们采用Altera公司开发的CYCLONE IV芯片，使用EP4CE6F17C8开发板来完成为本次的设计，使用VHDL语言和图形输入为硬件描述语言，采用自顶向下的设计思想，QuartusII软件作为运行程序的平台。设计的电子钟时间能够直观具体的显示时、分、秒,我们用到了六位一体的数码管来显示数字式的时、分、秒。该电子钟具有清零和整点报时功能，可以对小时，分钟进行单独校对，使其校正到标准时间。用按键来实现对时钟的校时。由晶体振荡器提供时间
15、基准信号并经分频来保证计时的稳定性和准确性。2软硬件技术介绍2.1 FPGA概述 FPGA翻译成中文就是现场可编程门阵列，早在上个世纪八十年代中期，正是得益于复杂可编程逻辑器件这类可编程逻辑器件的不断发展和进步，才有了这个元器件的产生。在专用集成电路这块领域中，FPGA是以一种半定制性质的电路出现的，半定制电路的出现有一部分原因是由于定制电路存在着许多问题，所以它的出现弥补了定制电路存在的各种的缺陷，解决了定制电路存在的很多问题。不仅如此，由于门电路数是有限的，所以FPGA的出现还能够巧妙地解决CPLD存在的这类问题。相比较计算机软硬件开发或者是单片机开发而言，FPGA的开发有着许多不同的地方，这些不同造就了FPGA的优势。简单的从操作顺序来说， FPGA一般是以并行运算的顺序进行操作
