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1、摘 要本设计为一个数字时钟万年历，具有年、月、日、时、分、秒计数显示功能，以24小时循环计数，具有校对功能。本设计采用EDA技术，以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段设计文件，在Quartus工具软件环境下，采用自顶向下的设计方法，由各个基本模块共同构建了一个基于FPGA的万年历。EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，EDA技术是现代电子工程领域的一门新技术，它提供了基于计数机和信息技术的电路系统设计方法。随着EDA技术的发展，硬件电子电路的设计几乎全部可以依靠计算机来完成，这样就大大缩短了硬件电子电路设计的周期，从而使制造商可以快速开发
2、出品种多，批量小的产品，以满足市场的众多需求。系统主芯片采用EP2C35F484C8，由时钟模块、控制模块、计时模块、数据译码模块、显示模块组成。经编译和仿真所设计的程序，在可编程逻辑器件上下载验证，本系统能够完成年、月、日和时、分、秒的分别显示，由按键输入进行数字钟的校时、清零、启停功能。关键词 数字时钟万年历；VHDL；FPGAAbstractThe design for a multi-functional digital clock calendar, with a year, month, day, hours, minutes and seconds count display t
3、o a 24-hour cycle count; have proof functions. The use of EDA design technology, hardware-description language VHDL description logic means for the system design documents, in Quartustools environment, a top-down design, by the various modules together build a FPGA-based digital clock.Electronic des
4、ign automation EDA (Electronic Design Automation) acronym, EDA technology of modern electrical engineering is a field of new technology, which provides information technology based on counting machine and the circuit design. With the development of EDA technology, hardware design of electronic circu
5、its can rely on almost all computers to be completed, thus greatly reducing the hardware electronic circuit design cycle, enabling manufacturers to quickly develop varieties, small batch of products to meet the the many needs of the market.The main system chips used EP2C35F484C8，make up of the clock
6、 module, control module, time module, data decoding module, display and broadcast module. After compiling the design and simulation procedures, the programmable logic device to download verification, the system can complete the year, month, day and the hours, minutes and seconds respectively, using
7、keys to modify, cleared , start and stop the digital clock. Keywords digital clock calendar; VHDL; FPGAII目录 摘 要I1 绪论11.1 选题背景11.1.1 课题相关技术的发展21.1.2 课题研究的必要性21.2 课题研究的内容32 FPGA简介42.1 FPGA概述42.2 FPGA基本结构42.3 FPGA系统设计流程72.4 FPGA开发编程原理93 数字钟总体设计方案103.1 数字钟的构成103.2 数字钟的工作原理114 单元电路设计134.1 分频模块电路设计与实现134.
8、2 校时控制模块电路设计与实现144.2.1 键盘接口电路原理144.2.2 键盘接口的VHDL描述154.3 计数模块设计与实现234.3.1 秒计数模块234.3.2 日计数模块264.3.3 月计数和年计数模块294.4 动态扫描及显示电路设计与实现304.4.1 动态扫描模块304.4.2 显示模块315 实验结论33致谢34参考文献35附录1程序36附录2英文资料及中文翻译42附录3万年历整体框图511 绪 论现代社会的标志之一就是信息产品的广泛使用，而且是产品的性能越来越强，复杂程度越来越高，更新步伐越来越快。支撑信息电子产品高速发展的基础就是微电子制造工艺水平的提高和电子产品设计
9、开发技术的发展。前者以微细加工技术为代表，而后者的代表就是电子设计自动化（electronic design automatic,EDA）技术。本设计采用的VHDL是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计；支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述、覆盖面广、抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛。ASIC是专用的系统集成电路，是一种带有逻辑处理的加速处理器。而FPGA是特殊的ASIC芯片，与其他的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检测等优点。在控制系
10、统中，键盘是常用的人机交换接口，当所设置的功能键或数字键按下的时候，系统应该完成该键所设置的功能。因此，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。根据键盘的结构不同，采用不同的编码方法。但无论有无编码以及采用什么样的编码，最后都要转换成为相应的键值，以实现按键功能程序的转移。电子万年历作为电子类小产品不仅是市场上的宠儿，也是设计培训中一个很实用的题目，设计的电子万年历在操作上力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。所以，电子万年历制作无论从实用目的，还是从培养学生的角度来看都是很有价值的毕业设计课题。1.1 选题背景本节将从FPGA嵌入式应用开发技术与数字钟万年历技术发展的客观实际出发，通过对
11、该技术发展状况的了解以及课题本身的需要，指出研究基于FPGA的芯片系统与设计万年历的设计与实现的必要性。1.1.1 课题相关技术的发展当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。它与传统的电子产品在设计上的显著区别师大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低.同时广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。美国ALTERA公司的可编程逻辑器件采用全新的结构和先进的技术，加上QUARTUS开发环境，更具有高性能，开发周期短等特点，十分方便进行电子
12、产品的开发和设计。EDA技术，技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割，逻辑映射，编程下载等工作。最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。本设计利用VHDL硬件描述语言结合可编程逻辑器件进行的，并通过数码管动态显示计时结果。数字钟可以由各种技术实现，如单片机等.利用可编程逻辑器件具有其他方式没有的特点，它具有易学，方便，新颖，有趣，直观，设计与实验项目成功率高，理论与实践结合紧密，体积小，
13、容量大，I/O口丰富，易编程和加密等特点，并且它还具有开放的界面，丰富的设计库，模块化的工具以及LPM定制等优良性能，应用非常方便。因此，本设计采用可编程逻辑器件实现。1.1.2 课题研究的必要性在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影响。为了更好的利用我们自己的时间，我们必须对时间有一个度量，因此产生了钟表。钟表的发展是非常迅速的，从刚开始的机械式钟表到现在普遍用到的数字式钟表，即使现在钟表千奇百怪，但是它们都只是完成一种功能计时功能，只是工作原理不同而已，在人们的使用过程中，逐渐发现了钟表的功能太单一，没有更大程度上的满足人们的需求。因此在这里，
14、我想能不能把一些辅助功能加入钟表中。在此设计中所设计的钟表不但具有普通钟表的功能，它还能实现额外的功能：世界时、农历显示。人类不断研究，不断创新纪录。发展到现在人们广泛使用的万年历。 万年历是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各
15、种定时电气的自动启用等，但是所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究万年历及扩大其应用，有着非常现实的意义。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒等信息，还具有时间校准等功能。 综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。1.2 课题研究的内容本设计主要研究基于FPGA的万年历，要求时间以24小时为一个周期,显示年、月、日、时、分、秒。可以对年、月、日、时、分及秒进行单独校对，使其校正到标准时间。2 FPGA简介2.1 FPGA概述FPGA是现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的简称，与之相应的CPLD是复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或CPLD/PGFA。CPLD/PGFA几乎能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路。它如同一张
