基于FPGA的数字电子时钟设计.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：第３５页第３５页目录第一章绪论11.1选题背景21.1.1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3第二章FPGA简介42.1FPGA概述42.2FPGA基本结构42.3FPGA系统设计流程62.4FPGA开发编程原理82.5QuartusII设计平台82.5.1软件开发环境及基本流程82.5.2具体设计流程10第三章数字钟总体设计方案133.1数字钟的构成133.2数字钟的工作原理133.3数字钟硬件电路设计13第四章单元电路设计164.1分频模块电路设计164.2校时控制模块电路设计174.2.1按键消抖174.2.2按键控制模块184.3计数模块214.4译码显示模块274.5译码显示强制转换模块294.6整点报时模块29结果与展望31结果31展望31主要参考文献33第一章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（electronicdesignautomaticEDA）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这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芯片与其它的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对应的功能。因此按键信息输入是与软件结构密切相关的过程。根据键盘结构的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。[1]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、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备甚至各种定时电气的自动启用等所有这些都是以钟表数字化为基础的。因此研究数字钟以及扩大其应用有着非常现实的意义。1.1选题背景本节将从FPGA嵌入式应用开发技术与数字钟技术发展的客观实际出发通过对该技术发展状况的了解及课题本身的需要指出研究基于FPGA的芯片系统与设计——数字钟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着区别是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开发环境使得其更具有高性能开发周期短等特点十分方便进行电子产品的开发和设计。[2]EDA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和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。本设计是利用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静态显示走时结果。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它方式没有的特点它具有易学、方便、新颖、有趣、直观设计与实验成功率高、理论与实践结合紧密、积小、量大、/O口丰富、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课题研究的必要性现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说电子技术的应用无处不在电子技术正在不断地改变着我们的生活改变着我们的世界。在这快速发展的年代时间对人们来说是越来越宝贵在快节奏的生活时人们往往忘记了时间一旦遇到重要的事情而忘记了时间这将会带来很大的损失因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。近些年随着科技的发展