eda數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)--用vhdl語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)</p><p>　　班 級(jí)：電子1002班</p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p&

2、gt;<b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年12月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的鐘表。本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的功能，程序用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)，整體采用TOP-TO-DOWN設(shè)計(jì)思路，具有基本的顯示年月日時(shí)分

3、秒和星期的功能，此外還有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。該數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn)程序分為頂層模塊、年月模塊、日模塊、時(shí)分秒定時(shí)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、分頻模塊、星期模塊，此外還有一個(gè)庫(kù)。該程序主要是用了元件例化的方法，此外還有進(jìn)程等重要語(yǔ)句。</p><p>　　沒(méi)有脈沖時(shí)，顯示時(shí)分秒，set按鈕產(chǎn)生第一個(gè)脈沖時(shí)，顯示年月日，第2個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)可預(yù)置年份，第3個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)可預(yù)置月份，依次第4、5、6、7、8個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)分別可預(yù)置日期、時(shí)、分、秒

4、、星期，第 9個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)設(shè)置星期后預(yù)置結(jié)束，正常工作，顯示的是時(shí)分秒和星期。調(diào)整設(shè)置通過(guò)Up來(lái)控制，UP為高電平，upclk有脈沖到達(dá)時(shí)，預(yù)置位加1，否則減1。當(dāng)整點(diǎn)到達(dá)時(shí)，報(bào)時(shí)器會(huì)鳴響，然后手動(dòng)按鍵停止報(bào)時(shí)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘，VHDL，元件例化，數(shù)碼管</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　

5、　掌握利用可編程邏輯器件和EDA設(shè)計(jì)工具進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法</p><p>　　課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 </p><p>　　設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有帶預(yù)置數(shù)的數(shù)字鐘，具有顯示年月日時(shí)分秒的功能。用6個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)分秒，set按鈕產(chǎn)生第一個(gè)脈沖時(shí)，顯示切換年月日，第2個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)可預(yù)置年份，第3個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)可預(yù)置月份，依次第4、5、6、7個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)分別可預(yù)置日期、時(shí)、分、秒，第 8個(gè)脈沖到來(lái)后

6、預(yù)置結(jié)束，正常工作，顯示的是時(shí)分秒。Up為高電平時(shí)，upclk有脈沖到達(dá)時(shí)，預(yù)置位加1.否則減1，還可以在此基礎(chǔ)上增加其它功能。</p><p><b>　　VHDL程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1整體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用top-down 模式設(shè)計(jì)，分模塊進(jìn)行，各功能都使用元

7、件例化方式設(shè)計(jì)，主要有LED顯示模塊、時(shí)分秒定時(shí)模塊、日期模塊、年月模塊、分頻模塊、星期模塊，此外還創(chuàng)建了一個(gè)程序包，用來(lái)實(shí)現(xiàn)年月日、時(shí)分秒的加減調(diào)整。主要運(yùn)用了過(guò)程語(yǔ)句、元件例化語(yǔ)句、信號(hào)賦值語(yǔ)句、和順序語(yǔ)句</p><p>　　圖3-1-1 整體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3-1-2 頂層模塊引腳圖</p><p>　　3.2各模塊設(shè)計(jì)思路</p&g

8、t;<p>　　3.2.1 普通計(jì)數(shù)器（時(shí)、分、秒、月、年計(jì)數(shù)器）設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)鐘模塊通過(guò)調(diào)用程序包的時(shí)分秒加減過(guò)程語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)兩個(gè)六十進(jìn)制，一個(gè)二十四進(jìn)制，秒的進(jìn)位信號(hào)作為分的計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)，分的進(jìn)位信號(hào)作為時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)的進(jìn)位信號(hào)通過(guò)管腳映射到日期模塊的計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　定時(shí)功能在時(shí)分秒模塊中，是由分計(jì)數(shù)器在到達(dá)59時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，讓speak

9、er產(chǎn)生高電位鳴響。</p><p>　　年月模塊主要實(shí)現(xiàn)月份的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，和100進(jìn)制的年份計(jì)數(shù)器。月份的計(jì)數(shù)信號(hào)由日期模塊的進(jìn)位信號(hào)傳遞過(guò)來(lái)，年份的時(shí)鐘信號(hào)由月份的進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生。</p><p>　　圖3-2-1 時(shí)分秒引腳圖 圖3-2-2 年月引腳圖</p><p>　　3.2.2 可變進(jìn)制計(jì)數(shù)器（天計(jì)數(shù)器）模塊設(shè)計(jì)</p

10、><p>　　不同月中的天的數(shù)量是不同的，例如“大月”就有31“天”， “小月”有30“天”，平年“二月”有28“天”，而閏年“二月”有29“天”。所以天計(jì)數(shù)器應(yīng)該具備進(jìn)制可變的性能。日期模塊主要分為三個(gè)部分，預(yù)置日期加，預(yù)置日期減和產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，使月份增加。平閏年的判斷是通過(guò)年月模塊傳輸過(guò)來(lái)年份信號(hào)（兩個(gè)4位的BCD碼），如果高位的信號(hào)為“xxx0”且低位的信號(hào)為“xx00”（如20，84等），或高位為“xxx1”

11、且低位為“xx10”（如32等）則判斷為閏年。這種方法的包含了一百年中的所有閏年的情況。然后判斷大月小月可以判斷月份來(lái)確定30進(jìn)制還是31進(jìn)制。進(jìn)位信號(hào)也是分為大月、小月、平年閏年來(lái)確定是否產(chǎn)生。</p><p>　　圖3-2-3 日模塊引腳圖</p><p>　　3.2.3 LED顯示模塊</p><p>　　主要通過(guò)接受setpin的控制信號(hào)來(lái)選擇顯示的內(nèi)容，

12、把不同的信號(hào)賦給輸出的端口，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒，年月日的切換。</p><p>　　3.2.4 星期模塊</p><p>　　通過(guò)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，同時(shí)帶有預(yù)置的功能，不能同年月調(diào)整聯(lián)動(dòng)，但是能單獨(dú)調(diào)整。</p><p>　　圖3-2-4 星期模塊引腳圖</p><p><b>　　仿真與分析</b></p>

13、<p><b>　　4.1 日模塊</b></p><p>　　4.1.1 年份為2000年，月份為2月，有29天，初值設(shè)為2000年2月28日，仿真中日為：28、29、1、2、…</p><p>　　4.1.2 年份為1999年，月份為2月，有28天，初值設(shè)為1999年2月28日，仿真中日為：28、1、2、…</p><p>　　4

14、.1.3 年份為2000年，月份為3月，有31天，初值設(shè)為2000年3月30日，仿真中日為：30、31、1、2、…</p><p>　　4.1.4 年份為2000年，月份為4月，有30天，初值設(shè)為2000年4月30日，仿真中日為：30、1、2、…</p><p><b>　　4.2 年月模塊</b></p><p>　　初值設(shè)為1999年12月

15、，lock為1時(shí)，顯示年月，lock為3時(shí)，預(yù)置月，lock為2時(shí)，預(yù)置年</p><p>　　4.3 時(shí)分秒定時(shí)模塊</p><p>　　lock為0時(shí)，顯示時(shí)分秒，lock為5時(shí)，預(yù)置時(shí)，lock為6時(shí)，預(yù)置分，lock為7時(shí)，預(yù)置秒。當(dāng)分到達(dá)59時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)器響，speaker高電位，隨著手動(dòng)清零，恢復(fù)原位。</p><p><b>　　4.4 星期

16、模塊</b></p><p>　　初值設(shè)為星期1，仿真中顯示為：1、2、3、4、5、6、7、1、…</p><p><b>　　4.5 分頻模塊</b></p><p>　　4.6 頂層設(shè)計(jì)模塊</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　

17、　本次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩天半，經(jīng)過(guò)自己不斷的努力完成了數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，程序代碼的編寫(xiě)調(diào)試及仿真。以前只是看書(shū)或者編一些很小的程序用來(lái)仿真，覺(jué)得沒(méi)怎么難，但當(dāng)進(jìn)行此次課程設(shè)計(jì)真正處理一個(gè)較大程序時(shí)，問(wèn)題便都顯現(xiàn)出來(lái)。雖然在這個(gè)過(guò)程中遇到了很多的問(wèn)題，但是最終都得到了很好的解決。</p><p>　　我此次設(shè)計(jì)的程序是在課本原有數(shù)字鐘程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行添加更改得來(lái)的，最初在運(yùn)行原有程序時(shí)很順利，但是隨著加的東西越來(lái)越多，程序

18、中出現(xiàn)的問(wèn)題也就越來(lái)越多。很多同學(xué)都覺(jué)得在已有程序上再添加?xùn)|西看似簡(jiǎn)單，實(shí)則很容易混亂，理不清頭緒，而且這個(gè)原有程序是用進(jìn)程所寫(xiě)，比較麻煩。雖然這樣容易出現(xiàn)問(wèn)題，不過(guò)我覺(jué)得這是一個(gè)鍛煉的好機(jī)會(huì)。、</p><p>　　在處理分頻模塊時(shí)，最開(kāi)始按照老師的要求設(shè)置了頻率，但是當(dāng)運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)根本出不來(lái)，后來(lái)與同學(xué)討論后，發(fā)現(xiàn)頻率過(guò)大，后來(lái)改為八分頻，使得分頻模塊能夠使用。在一開(kāi)始加星期模塊時(shí)，沒(méi)怎么考慮，可是當(dāng)加進(jìn)去后

19、才發(fā)現(xiàn)，星期模塊不能與其他模塊很好的相連，不能很好的做到與“日模塊”相合，后來(lái)雖有改動(dòng)，但最終沒(méi)能改成功。在加定時(shí)器功能時(shí)，一開(kāi)始單獨(dú)為定時(shí)器列了一個(gè)模塊，所寫(xiě)的程序也很復(fù)雜，錯(cuò)誤百出，最后程序改好后，仿真卻出不來(lái)。后來(lái)經(jīng)過(guò)同學(xué)的提點(diǎn)，就把程序改簡(jiǎn)單了，單純的來(lái)個(gè)脈沖就出現(xiàn)高電平，但后來(lái)仿真發(fā)現(xiàn)高電平一直在高位，沒(méi)法給脈沖，最后沒(méi)辦法便手動(dòng)脈沖。與頂層模塊連接后，又發(fā)現(xiàn)分滿(mǎn)59的脈沖沒(méi)給，因?yàn)槲业臅r(shí)分秒全都放在了一起，只能將定時(shí)模塊挪到

20、時(shí)分秒模塊中，這樣反而使得整個(gè)工程簡(jiǎn)單了一些。</p><p>　　在各個(gè)模塊都能仿真成功后，頂層模塊的程序與仿真卻出現(xiàn)了很多問(wèn)題。首先是頂層模塊程序有很多警告，例如“second_waver”沒(méi)有用到之類(lèi)的，后來(lái)在改動(dòng)的過(guò)程中，便把內(nèi)變量換為了外變量，但是有些原來(lái)的警告沒(méi)有了，但是新的警告又出現(xiàn)了，原本能夠連好的U3與U4 模塊均不能正常連接，后來(lái)與同學(xué)自習(xí)查找，才終于將錯(cuò)誤找出，由于粗心大意誤動(dòng)了一些元件例化

21、時(shí)的變量，使得時(shí)間拜拜浪費(fèi)。最后在仿真的時(shí)候，仿真結(jié)果出不來(lái)，經(jīng)過(guò)與同學(xué)商量在每個(gè)程序中都給年月日等變量均付了初值，才讓仿真出來(lái)。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)雖然只有短短的兩天半的時(shí)間，但是經(jīng)過(guò)前期的查找資料，后來(lái)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作，再到現(xiàn)在的報(bào)告總結(jié)，我收獲了很多。其實(shí)完成一個(gè)設(shè)計(jì)，編程只是很小的一部分，最主要的在于查找資料以及調(diào)試程序，此次設(shè)計(jì)我在查找資料方面做的不是很充分，以至于設(shè)計(jì)的面很小，而且在遇到

22、問(wèn)題后不能很快的找出，以后一定要做好準(zhǔn)備工作。此次課程設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題看似不大，但都是很好的問(wèn)題，對(duì)我以后的設(shè)計(jì)有很大的幫助，一定會(huì)牢牢記住。</p><p>　　最后，此次課程設(shè)計(jì)的完成很大程度上取決于老師和同學(xué)對(duì)我的指導(dǎo)與幫助，這更能說(shuō)明，一個(gè)較大設(shè)計(jì)的完成及實(shí)現(xiàn)，不是僅限于自身，我們要學(xué)會(huì)與別人交流溝通，才能做到更好。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>

23、;</p><p>　　[1]李景華,杜玉遠(yuǎn).可編程邏輯器件與EDA技術(shù).沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2000</p><p>　　[2] 姜如東，VHDL語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用，北京郵電大學(xué)出版社</p><p>　　[3] 康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）［M］．北 京：高等教育出版社，2001．</p><p><b>　　[4]<