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eda设计报告
******大学
EDA技术及其嵌入式系统设计课程设计
基于ALTERA数字钟的实现
指导教师:
******
专 业:
计算机科学与技术
姓名:
**
学号:
******
2008年1月8日
目录
一、序言………………………………………………………………………………2
二、实验要求及目的…………………………………………………………………3
试验目的…………………………………………………………………………3
三、实验原理…………………………………………………………………………3
四、运行环境…………………………………………………………………………3
五、运行过程…………………………………………………………………………4
1、仿真效果………………………………………………………………………4
2、电路图…………………………………………………………………………4
3、管脚分配………………………………………………………………………5
六、试验结果…………………………………………………………………………5
七、源程序……………………………………………………………………………6
八、心得体会…………………………………………………………………………8
参考文献……………………………………………………………………………10
基于ALTERA数字钟的实现
一序言
电子设计自动化(EDAElectronicDesignAutomation)技术是一种以计算机作为工作平台,以EDA软件工具为开发环境,以硬件描述语言和原理图描述为设计入口,以可编程逻辑器为实验载体,以ASIC、SOC和SOPC嵌入式系统为设计目标,以数字系统系统设计为应用方向的电子产品自动化设计技术。
它是融入了电子技术、计算机技术、信息处理技术、智能化技术等最新成果而开发的高新技术,是现代电子系统设计、制造不可缺少的技术。
EDA技术涉及面广,包括描述语言、软件、硬件等方面知识。
它的电子仿真软件的仿真功能强大,具有完备的文件库,具有选用元器件创建电路、仿真模拟运行电路的功能,并且在输入信号的加入、输出信号的显示上能完全模拟实际和调制过程中的各种波型和操作过程。
因此,EDA可作为辅助实验教育和实验训练的手段之一,以弥补在经费和实验仪器、元器件缺乏情况下的不足,并可节约材料消耗和减少仪器故障,通过仿真可熟悉常用电子仪器的使用方法和测量方法,并锻炼学生电路设计和调试能力,提高学生的分析与解决问题、故障排除的能力,进一步挖掘学生的开发和创新能力。
二、实验要求及目的:
本设计的数字钟,要求显示格式为小时—分钟—秒钟,分别在8个七段LED数码管上以动态分时扫描的方式显示。
系统有两个时钟基准,CLK1为1HZ,用来作为计时基准时钟。
CLK2为10KHZ,用来作为扫描基准时钟。
数字钟的显示格式如图所示:
实验目的:
1.初步了解可编程逻辑器件的基本原理
2.初步掌握Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAX+PLUSп的使用方法
3.掌握可编程逻辑器件的编程/配置方法
4.学会使用EDA实验系统
三、实验原理:
本系统采用的是Altera公司的FPGA器件Flex10KEPF10K10LC84-4,FLEX(灵活逻辑单元矩阵)系列是Altera应用非常广泛的产品,这些器件具有比较高的集成度及丰富的寄存器资源,采用了快速,可预测延时的连续式布线结构,是一种将CPLD和FPGA的优点结合于一体的器件;硬件描述语言VHDL。
由设计的芯片输出稳定的高频脉冲信号作为时间基准,经芯片的CLK分频输出标准的秒脉冲,秒计数器满60向分计数器进位,分计数器满60向小时计数器进位,小时计数器按“24翻1”规律计数,计数器经译码送到数码管中,基于芯片动态分时扫描的方式显示数字时间,动态显示所显示的若干位数是逐位轮流显示的,周而复始不断循环,只要轮流的速度足够快(每秒轮流50次以上),由于人眼“视觉暂留”的特性,感觉不到显示器的闪动,所看到的是连续显示一组数字,采用静态显示一个LED数码管数字,例如数码管的abcdef笔段亮时,显示数字“0”,bc亮时显示“1”,abdeg亮时显示“2”等等。
本设计芯片的输入端为:
CLK1,CLK2,输出端为:
DOUT[6…0]、CHOICE[7…0]。
DOUT[6…0]实现数码管的显示,CHOICE[7…0]实现八个数码管的显示。
四、运行环境:
MUX+PLUSⅡ集成开发环境。
五、运行过程:
1、仿真效果:
2、电路图:
2、管脚分配:
脚名
脚号
输入输出类型
脚名
脚号
输入输出类型
CLK1
1
Input
CHOICE0
5
Output
CLK2
43
Input
CHOICE1
6
Output
DOUT0
17
Output
CHOICE2
7
Output
DOUT1
18
Output
CHOICE3
8
Output
DOUT2
19
Output
CHOICE4
9
Output
DOUT3
21
Output
CHOICE5
10
Output
DOUT4
22
Output
CHOICE6
11
Output
DOUT5
23
Output
CHOICE7
16
Output
DOUT6
24
Output
六、试验结果:
本文就自己设计多功能数字式电子时钟的过程进行了介绍,在整个设计过程中采用了模块化设计思想,对各个模块逐一进行设计,最终完成整个设计任务。
所设计的多功能数字式电子时钟,要求具备24小时循环计时功能,并要求采用动态显示技术来实现LED的显示。
本次设计在实验室中利用Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAXplusII进行实验电路的设计和仿真,并利用EDA实验系统,通过下载到FLEX10K芯片实现数字钟的各项功能。
七、源程序:
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYCLOCKIS
PORT(CLK1:
INSTD_LOGIC;
CLK2:
INSTD_LOGIC;
DOUT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);
CHOICE:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));
ENDCLOCK;
ARCHITECTUREbehaveOFCLOCKIS
SIGNALLED7:
STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
SIGNALSLIP:
STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);
SIGNALa,b,c,d,e,f,g,h:
STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
BEGIN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
PROCESS(CLK2)——动态分时扫描的方式显示模块
BEGIN
IFCLK2'EVENTANDCLK2='1'THEN
IFSLIP<"111"THENSLIP<=SLIP+1;
ELSE
SLIP<="000";
ENDIF;
CASESLIPIS
WHEN"000"=>CHOICE<="00000001";LED7<=a;
WHEN"001"=>CHOICE<="00000010";LED7<=b;
WHEN"010"=>CHOICE<="00000100";LED7<=c;
WHEN"011"=>CHOICE<="00001000";LED7<=d;
WHEN"100"=>CHOICE<="00010000";LED7<=e;
WHEN"101"=>CHOICE<="00100000";LED7<=f;
WHEN"110"=>CHOICE<="01000000";LED7<=g;
WHEN"111"=>CHOICE<="10000000";LED7<=h;
WHENOTHERS=>CHOICE<="00000001";LED7<=a;
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS(CLK1)——秒、分、时计算模块
BEGIN
IFCLK1'EVENTANDCLK1='1'THEN
IFa<"1001"THENa<=a+1;
ELSEb<=b+1;
a<="0000";
ENDIF;
IF(a="1001"andb="0101")then
d<=d+1;
b<="0000";
a<="0000";
endif;
IFc="1100"THENc<="1101";
f<="1101";
ELSEc<="1100";
f<="1100";
ENDIF;
IFd="1010"THENe<=e+1;
d<="0000";
ENDIF;
IF(d="1001"ande="0101")then
g<=g+1;
e<="0000";
d<="0000";
endif;
IFg="1010"THEN
h<=h+1;
g<="0000";
ENDIF;
IF(h="0010"andg="0011")THEN
a<=a+1;
h<="0000";
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
PROCESS(LED7)——七段LED数码管译码模块
BEGIN
CASELED7IS
WHEN"0000"=>DOUT<="0111111";
WHEN"0001"=>DOUT<="0000110";
WHEN"0010"=>DOUT<="1011011";
WHEN"0011"=>DOUT<="1001111";
WHEN"0100"=>DOUT<="1100110";
WHEN"0101"=>DOUT<="1101101";
WHEN"0110"=>DOUT<="1111101";
WHEN"0111"=>DOUT<="0000111";
WHEN"1000"=>DOUT<="1111111";
WHEN"1001"=>DOUT<="1101111";
WHEN"1100"=>DOUT<="0000000";
WHEN"1101"=>DOUT<="1000000";
WHENOTHERS=>DOUT<="0000000";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDbehav;
八、心得体会
通过本次课程程序设计使我们了解了CPLD,FPGA相关器件的异同和应用,以及FPGA器件的特点,如Altera公司的Felx10k产品,掌握了在系统编程(ISP)技术和边界扫描测试技术在PLD器件中的应用。
了解了数字系统设计的流程,掌握了EDA设计软件的应用,如Altera公司的MaxPlusII从设计输入,编译,仿真到下载的全过程。
通过课程设计的练习,掌握了用硬件描述语言VerilogHDL来设计数字电路,为将来设计数字模块和数字系统,系统芯片SOC(SystemOnChip)打下了基础。
从本次课程设计中是我获益匪浅。
首先对数字电路这门课程有了更深的了解,因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去,在电路的设计过程中,无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力,对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解;以前的数字实验只是针对某一个小的功能设计,而EDA课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格,需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案,然后逐步细化进行各模块的设计;其次,在电路仿真的过程中总会出现一些问题,需要我们细心解决,所以通过这次课程设计,我对电路故障的排查能力有了很大的提高;再次,通过此次课程设计,我对实验所用到的软件有了初步的了解,这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。
感谢学校给我们这次机会,锻炼了我们的动手能力。
通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距,而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞,以后应该多钻研一下。
最后再次感谢老师在课程设计的过程中的耐心指导以及同学的热心的帮助,只有通过不断的学习和练习才能不断发现问题,在实践提高自已。
参考文献:
[1]潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:
科学出版社,2005
[2]杨则,龙海燕.VHDL与数字系统设计[M].北京:
电子工业出版社,2004
[3]袁海林.EDA技术及其嵌入式系统设计[M].中央民族大学出版社.2007
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