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1、目录一设计要求21. 要求 22. 提交设计报告说明书 2二在系统可编程逻辑器件与以前所认识的数字电路有何区别21.数字电路 22.在系统可编程逻辑器件 3三在系统可编程逻辑器件实现数字系统的基本原理和设计流程41.基本原理 42.设计流程 7四设计说明71设计思路 72.源文件组成 8(1)顶层模块CLOCK8(2)模块CLK_RING 8（3）模块CNT60 10（4）模块ENCODE2-411（5）模块RING13（6）模块CNT24 14 （7） 模块TIAN 16（8）顶层模块CLOCK仿真17（9）编译20 （10）心得体会21参考文献21多功能电子钟一设计要求1. 要求 设计并用
2、ispLSI1032E实现一个电子钟。电子钟具有下述功能：（1） 实验台上的六个数码管和四个发光二极管分别显示天，时，分，秒。（2） 能使电子钟复位（清零）。（3） 能启动或者停止电子钟运行。（4） 在电子钟停止运行状态下，能修改天，时，分，秒的值。（5） 具有报时功能，整点时喇叭鸣叫六秒钟。（6） 分频器必须保证输出是秒脉冲。（7） 要求24进制计数器用CDU44（10进制加法计数器）实现。2. 提交设计报告说明书a) 在系统可编程逻辑器件与以前所认识数字电路的区别。b) 简述用在系统可编程逻辑器件实现数字系统的基本原理。c) 用ISPLS1032E实现数字电路的基本步骤。设计程序、仿真文件
3、、电路图。d) 设计详细说明：顶层电路：名称、功能、设计思想。低层电路：名称、功能、设计思想。 e) 仿真结果（包括引脚图）。二在系统可编程逻辑器件与以前所认识的数字电路有何区别？1.数字电路(1)数字电路定义用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。(2)数字电路特点1） 同时具有算术运算和逻辑运算功能 数字电路是以二
4、进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算（与、或、非、判断、比较、处理等），因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。 2） 实现简单，系统可靠 以二进制作为基础的数字逻辑电路，简单可靠，准确性高。 3） 集成度高，功能实现容易 集成度高，体积小，功耗低是数字电路突出的优点之一。电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系
5、统级。电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。 2.在系统可编程逻辑器件(1)可编程逻辑器件定义可编程逻辑器件 英文全称为：programmable logic device 即 PLD。 PLD是做为一种通用集成电路产生的，他的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。一般的PLD的集成度很高，足以满足设计一般的数字系统的需要。这样就可以由设计人员自行编程而把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不必去请芯片制造厂商设计和制作专用的集成电路芯片了。 (2)可编程逻辑器件特点1)PLD在设计过程中为客
6、户提供了更大的灵活性，因为对于PLD来说，设计反复只需要简单地改变编程文件就可以了，而且设计改变的结果可立即在工作器件中看到。 2)PLD不需要漫长的前置时间来制造原型或正式产品 - PLD器件已经放在分销商的货架上并可随时付运。 PLD不需要客户支付高昂的NRE成本和购买昂贵的掩模组- PLD供应商在设计其可编程器件时已经支付了这些成本，并且可通过PLD产品线延续多年的生命期来分摊这些成本。 3)PLD允许客户在需要时仅订购所需要的数量，从而使客户可控制库存。 采用固定逻辑器件的客户经常会面临需要废弃的过量库存，而当对其产品的需求高涨时，他们又可能为器件供货不足所苦，并且不得不面对生产延迟的
7、现实。 4)PLD甚至在设备付运到客户那儿以后还可以重新编程。事实上，由于有了可编程逻辑器件，一些设备制造商现在正在尝试为已经安装在现场的产品增加新功能或者进行升级。 要实现这一点，只需要通过因特网将新的编程文件上载到PLD就可以在系统中创建出新的硬件逻辑。 5）PLD现在有越来越多的知识产权（IP）核心库的支持 - 用户可利用这些预定义和预测试的软件模块在PLD内迅速实现系统功能。 IP核心包括从复杂数字信号处理算法和存储器控制器直到总线接口和成熟的软件微处理器在内的一切。 此类IP核心为客户节约了大量时间和费用 - 否则，用户可能需要数月的时间才能实现这些功能，而且还会进一步延迟产品推向市
8、场的时间。 三在系统可编程逻辑器件实现数字系统的基本原理和设计流程。1.基本原理： 1）在系统编程与普通编程的基本操作一样，都是逐行编程。如图518所示的阵列结构共有n行，其地址用一个n位的地址移位寄存器来选择。对起始行(地址为全0)编程时，先将欲写入该行的数据串行移入水平移位寄存器，并将地址移位寄存器中与0行对应的位置置1，其余位置置0，让该行被选中。在编程脉冲作用下，将水平移位寄存器中的数据写入该行。然后将地址移位寄存器移动一位，使阵列的下一行被选中，并将水平移位寄存器中换入下一行编程数据。由于器件是插在目标系统中或线路板上的，各端口与实际的电路相连，编程时系统处于工作状态，因而在系统编程
9、的最关键问题就是编程时如何与外系统脱离。 ispLSI器件有两种工作模式，即正常模式和编辑模式。工作模式的选择是用在系统编程使能信号ispEN来控制：当使能信号ispEN为高电平时，器件处于正常模式；当ispEN为低电平时，器件所有I/O端的三态缓冲电路皆处于高阻状态，内部100k上拉电阻发挥作用，从而切断了芯片与外电路的联系，避免了编程芯片与外电路的相互影响。2）ispLSI器件有5个编程接口：ispEN, SDI，MODE，SDO和SCLK。一旦器件处于编辑状态，则编程由SDI，MODE，SDO和SCLK信号控制。 在编辑模式下，串行输入端SDI完成两种功能，一是作为串行移位寄存器的输入；
10、二是作为编程状态机的一个控制信号。SDI由方式控制信号MODE控制：当MODE为低时，SDI作为串行移位寄存器的输入；当MODE为高时，SDI作为控制信号。器件在编程时还应将水平移位寄存器的输出反馈给计算机，以便对编程数据进行校验，所以器件上还有一个串行数据输出端SDO。串行(移位寄存器)时钟SCLK提供串行移位寄存器和片内时序机的时钟信号。应注意只有ispEN为低电平时才能接受编程电缆送来的编程信息。当ispEN为高电平即正常模式时，编程控制脚SDI，MODE，SDO，SCLK可作为器件的直通输入端。 ispLSI器件有五个编程接口，用来实现对器件的写入操作。它们是： ispEN：编程使能端
11、。当ispEN为高电平时，器件处于正常模式。当ispEN为低电平时，器件处于编程模式，器件所有I/O端的三态门皆处于高阻状态，从而切断了芯片与外电路的联系，避免了编程芯片与外电路的相互影响。 SDI：串行数据输入端。在编程模式下，SDI完成两种功能：一是作为串行移位寄存器的输入；二是作为编程状态机的一个控制信号。 MODE：方式控制信号端。MODE为低时，SDI作为串行移位寄存器的输入；MODE为高时，SDI作为控制信号。 SDO：串行数据输出端。将水平移位寄存器的输出反馈给计算机，对编程数据进行校验。 SCLK：串行时钟输入端。它用来提供串行移位寄存器和片内时序机的时钟信号。 3）编程状态机
12、实质上是一个专用的编程控制器。 对某一行的编程过程有以下三步操作： 第一，按地址和命令将JEDEC文件中的数据自SDI端串行输入数据寄存器； 第二，将编程数据写进E2CMOS逻辑单元； 第三，将写入的数据自SDO移出进行校验。 同一行数据寄存器分为高段位和低段位，它们的编程是靠不同的命令分别进行的。对整个芯片的编程还有许多其他操作，如整体擦除或部分(GLB，GRP，IOC等)擦除，保密位编程，将GLB或IOC中寄存器组态成串行移位寄存器等。所有这些操作，都必须在计算机的命令下按一定顺序进行，因此在ispLSI中安排了一个编程状态机来控制编程操作。 编程状态机的状态转换图如下所示。三个状态分别为
13、闲置状态、移位状态和执行状态。闲置状态是状态机的初始状态，此时MODE和SDI均为低电平，器件正常工作，不进行移位和读写，但可对器件的8位识别码读出。其操作过程是先令MODE为高，SDI为低，将识别码装入移位寄存器，当MODE回到低时，水平移位寄存器动作，将装入的串行识别码读出，这是每次编程的第一步。当MODE和SDI皆为高时，状态机进入移位状态。将由SDI送入的命令或数据装入移位寄存器，命令是一个5bit的信号，它被移入移位寄存器后，状态机在执行状态将根据此命令完成相应的动作。当MODE、SDI再次同为高时，进入执行状态，每个编程操作均在此时完成。 2.设计流程 （1）设计准备 其目的就是选择合适的ispLSI器件（2） 设计输入 将设计者的所设计的电路以开发软件所要求的某种形式表达出来，并输入计算机，ispEXPERT Sytem有原理图、ABEL-HDL语言及原理图和ABEL-HDL语言混合输入方式。（3）设计检验 将设计文件输入以后，应对输入的文件进行检验。（4）布局和布线 在设计检验通过后，便可着手布局和布线，该工作由软件自动完成。（5）设计仿真 ispEXPECT System 能对所设计的电路进行功能仿真和时序仿真，便于使用者更加方便地观察输出波形及现象。（6）容丝图生成 在该过程中，凡是设计者没有使用的IO端，都被自动
