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1、华东交通大学课程设计摘 要本次课程设计为通过EDA仿真软件QuartusII设计一个电子钟，进行试验设计和仿真调试，包含以下主要功能：计时功能、整点报时功能、秒表功能、显示日期和重置时间功能。电子钟实际上是一个对标准频率（10Hz）进行计数的计数电路。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。设计时采用了层次设计思想，功能逐级递加。关键词
2、：QuartusII 电子钟 仿真 AbstractThe curriculum design for through the EDA simulation software QuartusII design an electronic clock, test design and simulation debugging, contains the following main functions: timing function, the integral point time function, stopwatch function, display the date and reset
3、 time function. Electronic clock is actually a standard frequency (10 hz) to count the counting circuit. Oscillator clock signal produced by frequency divider form second pulse signal, the second pulse signal input counter to count, and the cumulative results to hours, points , seconds digital displ
4、ay. Second counter circuit meter full after sixty trigger points counter circuit, points counter circuit meter full after sixty when triggered counter circuit, when the meter with 24 hours after began to the next round of cycle count. Generally the frequency divider, counter, decoder, digital displa
5、y and so on several parts. The design of the hierarchical design ideas, function step by step increase gradually.Keywords：QuartusII electronic clock simulation目 录摘 要1Abstract2目 录3第一章 绪论41.1 历史背景41.2 EDA技术简介51.2.1 EDA技术的概念51.2.2 EDA技术的基本特征51.2.3 EDA技术的发展61.3 QuartusII仿真软件的使用简介71.3.1 设计工作流程71.3.2 设计输入
6、71.3.3 编译81.3.4 仿真9第二章 各个模块的设计原理112.1 整体设计思路112.2 各模块设计思路12第三章 仿真波形143.1毫秒计数器仿真波形143.2秒计数器仿真波形143.3分计数器仿真波形153.4时计数器仿真波形153.5星期计数器仿真波形163.6日计数器模块仿真波形163.7月计数器模块仿真波形173.8年计数器仿真波形17第四章 总结18谢辞19参考文献20附录21第一章 绪论1.1 历史背景三十多年来，EDA技术经历了计算机辅助设计CAD(Computer Assist Design) 、计算机辅助工程设计CAE(Computer Assist Engine
7、ering Design)和电子系统设计自动化ESDA(Electronic System Design Automation)三个发展阶段。 20世纪70年代，随著中小规模集成电路的出现和应用，传统的手工制图设计PCB和IC的方法已无法满足设计精度和效率的要求，人们开始借助计算机二维平面图形编辑与分析工具进行IC版图编辑和PCB布局布线，从而产生了CAD的概念。受当时计算机工作平台的制约，CAD所支持的设计工作有限且性能比较差。 20世纪80年代为CAE阶段。与CAD相比，CAE增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网表将两者结合在一起，以实现工程设计。其主要功能包括原理图输入、逻辑
8、仿真、电路分析、自动布局布线以及PCB後分析。但是，大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂电子系统设计的要求，而且具体化的元件图形制约著优化设计。20世纪90年代为ESDA阶段。尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但在整个设计过程中，自动化和智能化程度不高。各种EDA软件互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。於是，设计师逐步从使用硬件转向设计硬件，从电路级电子产品开发转向系统级电子产品开发。ESDA工具便是以系统级设计为核心，包括系统行为级描述与结构级综合、系统仿真与测试验证、系统划分与指标分配、系统决策与文件生成等一整套的电子系统设计自动化工具。ESDA技术的出现，极大地提高了系
9、统设计的效率，使设计师摆脱了大量的辅助设计工作，把精力集中於创造性的方案与概念构思上，从而极大地提高了设计效率，并缩短了产品的研制周期。1.2 EDA技术简介1.2.1 EDA技术的概念Electronic Design Automation即电子设计自动化。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的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、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
10、成芯片的一门多学科融合的新技术。EDA技术的广义定义范围包括：1、半导体工艺设计自动化；2、可编程器件设计自动化；3、电子系统设计自动化；4、印刷电路板设计自动化；5、仿真与测试、故障诊断自动化；6、形式验证自动化。 以上各部分统称为EDA工程。1.2.2 EDA技术的基本特征EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件，这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。下
11、面介绍与EDA基本特征有关的几个概念。 1“自顶向下”的设计方法10年前，电子设计的基本思路还是选用标准集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦建造金字塔，不仅效率低、成本高而且容易出错。 2ASIC设计现代电子产品的复杂度日益提高，一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成，这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题。解决这一问题的有效方法就是采用ASIC芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为全定制ASIC、半定制ASIC和可编程ASIC（也称为可编程逻辑器件）。3.硬件描述语言硬件描述语言（HDL）是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的
12、方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式，与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。例如一个32位的加法器，利用图形输入软件需要输入500至1000个门，而利用VHDL语言只需要书写一行“A=BC”即可。而且VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。早期的硬件描述语言，如ABEL、HDL、AHDL，由不同的EDA厂商开发，互不兼容，而且不支持多层次设计，层次间翻译工作要由人工完成。为了克服以上不足，1985年美国国防部正式推出了高速集成电路硬件描述语言VHDL，1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准（IEEESTD1076）。4EDA系统框架结构EDA系统框架结构(
13、Framework)是一套配置和使用EDA软件包的规范。目前主要的EDA系统都建立了框架结构，如Cadence公司的DesignFramework，Mentor公司的FalconFramework，而且这些框架结构都遵守国际CFI组织制定的统一技术标准。框架结构能将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合，集成在一个易于管理的统一的环境之下，而且还支持任务之间、设计师之间以及整个产品开发过程中的信息传输与共享，是并行工程和自顶向下设计方法的实现基础。 1.2.3 EDA技术的发展 1、早期电子CAD(Computer Aided Design)阶段20世纪70年代，属EDA技术发展初期。利用计
14、算机、二维图形编辑与分析的CAD工具，完成布图布线等高度重复性的繁杂工作。典型设计软件如Tango布线软件。2、计算机辅助工程设计CAE阶段 20世纪80年代初，出现了低密度的可编程逻辑器件（PAL_Programmable Array Logic 和GAL_Generic Array Logic），相应的EDA开发工具主要解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。 80年代后期，EDA工具已经可以进行初级的设计描述、综合、优化和设计结果验证。 3、电子设计自动化(EDA)阶段20世纪90年代，可编程逻辑器件迅速发展，出现功能强大的全线EDA工具。具有较强抽象描述能力的硬件描述语言(VHDL、
15、Verilog HDL)及高性能综合工具的使用，使过去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发（即SOC_ System On a Chip：单片系统、或片上系统集成）。开始实现“概念驱动工程”（Concept Driver Engineering, CDE ）的梦想。1.3 QuartusII仿真软件的使用简介Quautus II是Altera 公司的综合性PLD开发软件,支持原理图、VHDL、Verilog-HDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整的PLD设计流程。它支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。对EDA第三方工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第
