eda課程--數字秒表設計

1、<p>　　《EDA技術綜合設計》</p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　報告題目： 數字秒表設計 </p><p>　　作者所在系部： 電子工程系 </p><p>　　作者所在專業(yè)： 自動化

2、 </p><p><b>　　內 容 摘 要</b></p><p>　　本次設計的目的就是在掌握EDA實驗開發(fā)系統(tǒng)的初步使用基礎上，了解EDA技術，對計算機系統(tǒng)中時鐘控制系統(tǒng)進一步了解，掌握狀態(tài)機工作原理，同時了解計算機時鐘脈沖是怎么產生和工作的。在掌握所學的計算機組成與結構課程理論知識時。通過對數字秒表的設計，進行理論與實際的結合，提高與計算機有

3、關設計能力，提高分析、解決計算機技術實際問題的能力。通過課程設計深入理解計算機結構與控制實現的技術，達到課程設計的目標。</p><p>　　利用VHDL語言設計基于計算機電路中時鐘脈沖原理的數字秒表。該數字秒表能對0秒～59分59.99秒范圍進行計時，顯示最長時間是59分59秒，到了一小時后，報警器開始報警，計時精度達到10ms。設計了復位開關和啟停開關。復位開關可以在任何情況下使用，使用以后計時器清零，并做好

4、下一次計時的準備。</p><p>　　字體、格式、圖號不對、重新修改</p><p><b>　　關鍵詞</b></p><p>　　EDA、可編程邏輯器件、計數器、顯示</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設計要求 ……………………………

5、……………… 1</p><p>　　實驗目的 …………………………………………… 1</p><p>　　實驗原理 …………………………………………… 1</p><p>　　源程序（*.vhd）和原理圖（*gdf） ……………… 2</p><p>　　4.1計數器模塊…………………………………… 2</

6、p><p>　　4.2報警模塊……………………………………… 3</p><p>　　4.3顯示模塊……………………………………… 4</p><p>　　4.4選擇模塊……………………………………… 5</p><p>　　4.5秒表模塊……………………………………… 6</p><p>　　仿真

7、調試和下載結果 ……………………………… 7</p><p>　　收獲和體會 ………………………………………… 8</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　一、設計要求：</b></p><p>　　1.秒表共有6個輸出顯示，分別為百分之一秒、十分之一

8、秒、秒、十秒、分、十分，所以共有6個計數器與之相對應，6個計數器的輸出全都為BCD碼輸出，這樣便于和顯示譯碼器的連接。當計時達60分鐘后，蜂鳴器鳴響10聲。</p><p>　　2.整個秒表還需有一個啟動信號和一個歸零信號，以便秒表能隨意停止及啟動。</p><p>　　3.秒表的邏輯結構較簡單，它主要由顯示譯碼器、分頻器、十進制計數器、六進制計數器和報警器組成。在整個秒表中最關鍵的是如何

9、獲得一個精確的100HZ計時脈沖。</p><p><b>　　二、實驗目的：</b></p><p>　　通過本次課設，加深對EDA技術設計的理解，學會用MaxplusⅡ工具軟件設計基本電路，熟練掌握VHDL語言，為以后工作使用打下堅實的基礎。</p><p><b>　　實驗原理：</b></p><

10、;p>　　秒表由于其計時精確，分辨率高（0.01秒），在各種競技場所得到了廣泛的應用。秒表的工作原理與數字時基本相同，唯一不同的是秒表的計時時鐘信號，由于其分辨率為0.01秒，所以整個秒表的工作時鐘是在100Hz的時鐘信號下完成。當秒表的計時小于1個小時時，顯示的格式是mm-ss-xx（mm表示分鐘：0～59；ss表示秒：0～59；xx表示百分之一秒：0～99），當秒表的計時大于或等于一個小時時，顯示的和多功能時鐘是一樣的，就是

11、hh-mm-ss（hh表示小時：0～99），由于秒表的功能和鐘表有所不同，所以秒表的hh表示的范圍不是0～23，而是0～99，這也是和多功能時鐘不一樣的地方。在設計秒表的時候，時鐘的選擇為100Hz。變量的選擇：因為xx（0.01秒）和hh（小時）表示的范圍都是0～99，所以用兩個4位二進制碼（BCD碼）表示；而ss（秒鐘）和mm（分鐘）表示的范圍是0～59，所以用一個3位的二進制碼和一個4位的二進制碼（BCD）碼表示。顯示的時候要注

12、意的問題就是小時的判斷，如果小時是00，則顯示格式為mm-ss-xx，如果小時不為00，則顯示hh-mm-ss。</p><p>　　四、源程序（*.vhd）和原理圖（*gdf）：</p><p>　　1.計時模塊：計時模塊執(zhí)行計時功能，計時方法和計算機一樣是對標準時鐘脈沖計數。他是由四個十進制計數器和倆個六進制計數器構成，其中毫秒位、十毫秒位、秒位和分位采用十進制計數器，十秒位和十分位

13、采用六進制計數器。源程序：</p><p>　　（1）十進制計數器（count_10）</p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　

14、entity count10 is</p><p>　　port (clk,start,clr : in std_logic;</p><p>　　cout : out std_logic;</p><p>　　daout : out std_logic_vector(3 downto 0));</p><p>　　end count10;&

15、lt;/p><p>　　architecture one of count10 is</p><p>　　signal q0 : std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　signal q1 : std_logic;</p><p><b>　　begin</b></p>

16、<p>　　process(clk,clr)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if clr='1' then q0<="0000";</p><p>　　elsif clk'event and clk='1' then</p&g

17、t;<p>　　if start='1' then</p><p>　　if q0="1001" then</p><p>　　q0<="0000";</p><p><b>　　q1<='1';</b></p><p>　

18、　else q0<=q0+1;</p><p><b>　　q1<='0';</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;<

19、/b></p><p>　　end process;</p><p>　　daout<=q0;</p><p><b>　　cout<=q1;</b></p><p><b>　　end one;</b></p><p>　　（2）六進制計數器（count_

20、6）</p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　entity count6 is</p><p>　　port (clk,star

21、t,clr : in std_logic;</p><p>　　cout : out std_logic;</p><p>　　daout: out std_logic_vector(3 downto 0));</p><p>　　end count6;</p><p>　　architecture two of count6 is</

22、p><p>　　signal q0 : std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　signal q1 : std_logic;</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　process(clk,clr)</p><p><b>

23、　　begin</b></p><p>　　if clr='1' then q0<="0000";</p><p>　　elsif clk'event and clk='1' then</p><p>　　if start='1' then</p><p

24、>　　if q0="0101" then</p><p>　　q0<="0000";</p><p><b>　　q1<='1';</b></p><p>　　else q0<=q0+1;</p><p><b>　　q1<=

25、'0';</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　2.報警器（alarm_3）</p><p>　　當計數到一小時的時候，回來一個高電平，然后報警器會出現10個高電平和10個低電平。程序如下：</p><p>　　library ieee;</p&

26、gt;<p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　entity alarm_3 is</p><p>　　port (clk,clr,I : in std_logic;</p><p>　　qer:

27、buffer std_logic_vector(4 downto 0);</p><p>　　q : out std_logic);</p><p>　　end alarm_3;</p><p>　　architecture four of alarm_3 is</p><p><b>　　begin</b></p

28、><p>　　process(clk,clr,I)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if clr='1' then qer<="00000";</p><p>　　elsif(clk'event and clk='1') t

29、hen</p><p>　　if(I='1')then</p><p>　　if(qer="10100")then NULL;</p><p>　　else qer<=qer+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>&l

30、t;b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if; </b></p><p>　　end process;</p><p>　　q<=qer(0);</p><p>　　end four; </p><p>　　4.顯示器（deled）<

31、/p><p>　　計時顯示電路的作用是將計時值在LED數碼管上顯示出來。計時電路產生的值經過BCD七段譯碼后，驅動LED數碼管。計時顯示電路的實現方案采用掃描顯示。部分源程序：</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　ENTITY DELE

32、D IS</p><p>　　PORT(num : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　LED : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));</p><p>　　END DELED;</p><p>　　ARCHITECTURE FIVE OF DELED IS&l

33、t;/p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　PROCESS(NUM)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　CASE NUM IS</p><p>　　WHEN "0000"=>LED<=&q

34、uot;1111110";</p><p>　　WHEN "0001"=>LED<="0110000";</p><p>　　WHEN "0010"=>LED<="1101101";</p><p>　　WHEN "0011"=>

35、;LED<="1111001";</p><p>　　WHEN "0100"=>LED<="0110011";</p><p>　　WHEN "0101"=>LED<="1011011";</p><p>　　WHEN "011

36、0"=>LED<="1011111";</p><p>　　WHEN "0111"=>LED<="1110000";</p><p>　　WHEN "1000"=>LED<="1111111";</p><p>　　WHE

37、N "1001"=>LED<="1111011";</p><p>　　when others=>LED<="0000000";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><

38、p><b>　　END FIVE;</b></p><p>　　5.選擇器（SELTIME）</p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p

39、><p>　　entity seltime is</p><p><b>　　port (</b></p><p>　　clk:in std_logic;</p><p>　　clr:in std_logic;</p><p>　　dain0:in std_logic_vector(3 downto

40、0);</p><p>　　dain1:in std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　dain2:in std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　dain3:in std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　dain4:in st

41、d_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　dain5:in std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　y:buffer std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　sel:buffer std_logic_vector(2 downto 0));</p&

42、gt;<p>　　end seltime;</p><p>　　architecture three of seltime is</p><p>　　signal m:std_logic_vector(2 downto 0);</p><p>　　signal n:std_logic_vector(3 downto 0);</p><

43、;p><b>　　begin</b></p><p>　　n<="0000" when clr='1' else </p><p>　　dain0 when m="000" else</p><p>　　dain1 when m="001"else</

44、p><p>　　dain2 when m="010"else</p><p>　　dain3 when m="011"else</p><p>　　dain4 when m="100" else</p><p><b>　　dain5;</b></p>

45、<p>　　process(clr,clk,dain0,dain1,dain2,dain3,dain4,dain5)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if clk 'event and clk='1'then</p><p>　　if m="101" t

46、hen m<="000";</p><p>　　else m <=m+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　sel<=m;</b></

47、p><p>　　end process;</p><p><b>　　y<=n;</b></p><p>　　end three;</p><p>　　數字秒表計數器（miaobiao_2 ）</p><p>　　數字秒表的原理圖以及最后的整合：</p><p>　　五．

48、仿真調試和下載結果：</p><p><b>　　1.仿真結果：</b></p><p><b>　　2.下載結果：</b></p><p><b>　　六．收獲和體會：</b></p><p>　　開始做設計時總是會犯一些錯誤，只有經過不停的改錯不停的編譯得到正確的程序說明了

49、作為軟件編程人員是不能粗心大意的，一個程序的質量的高低與你細心與否有著一定的聯系。在編程時，我充分使用了結構化的思想，這樣程序檢查起來也比較方便，調試時也給了我很大方便，只要一個模塊一個模塊的進行調就可以了，充分體現了結構化編程的優(yōu)勢。在設計中要求我要有耐心和毅力，還要細心，稍有不慎，一個小小的錯誤就會導致結果的不正確，而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設計和設計中遇到的問題，也積累了一定的經驗，對以后從事集成電路設計工作會有

50、一定的幫助。</p><p>　　在應用VHDL的過程中讓我真正領會到了其并行運行與其他軟件順序執(zhí)行的差別及其在電路設計上的優(yōu)越性。用VHDL硬件描述語言的形式來進行數字系統(tǒng)的設計方便靈活，利用EDA軟件進行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電路設計時間和可能發(fā)生的錯誤，降低了開發(fā)成本，這種設計方法在數字系統(tǒng)設計中發(fā)揮越來越重要的作用。</p><p>　　對幫助我們的指導老師和的同學表示忠心的感謝