苏州科技学院EDA电子时钟设计:训练综合技能与创新实践

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0 下载量 54 浏览量 更新于2024-06-19 收藏 2.08MB PDF 举报
《EDA电子综合设计》是一份关于苏州科技大学电子信息工程学院的课程作业,主要针对电子与信息工程专业的学生,旨在通过实际项目来训练学生的数字电子技术、数字系统设计、HDL硬件设计以及计算机编程等基础知识的综合应用能力。设计任务是开发一款具备高精度、多功能的数字电子时钟,包括显示时、分、秒,以及闹钟和对时功能。设计过程中,学生们需使用Altera公司的Quartus II软件进行编程和仿真,可以选择Verilog HDL或VHDL作为设计语言。 课程目标有两个主要方面:一是提升学生的独立设计能力,让他们能够设计复杂的数字系统,包括确定原理方案、详细设计中的编程和仿真等步骤,这为未来工程实践中的问题研究奠定了基础。二是结合现代生活需求,通过研究市场上的数字电子钟,应用EDA(电子设计自动化)技术,设计一款能够满足高精度计时和帮助人们科学管理时间的设备,如闹钟设定和对时功能,以适应现代社会快节奏的生活。 该部分作业的设计过程将涉及以下步骤: 1. 设计描述:首先明确输入条件,比如50MHz的时钟频率和两个输入按键,这些是构建系统的基础。同时,闹钟设置和对时功能的实现需要用户交互,按键作为输入信号。 2. 原理方案设计:设计一个多功能数字时钟的核心电路结构,可能包含计数器、显示驱动电路以及闹钟触发逻辑等模块。此外,需要考虑如何通过HDL语言来描述这些电路的行为和交互。 3. 详细设计与编程:使用Quartus II工具进行电路设计,编写Verilog HDL或VHDL代码,确保时钟的各个功能模块按照预定逻辑工作,并通过仿真验证其正确性。 4. 实现与仿真:将设计的电路模型转化为实际可部署的硬件,通过仿真确认时钟在不同条件下的性能,如精确度、响应速度等。 5. 结果评估与反思:完成设计后,分析并评估系统的整体性能,总结设计过程中的经验和教训,为后续学习和职业发展提供参考。 通过这个项目,学生不仅能够提升专业技能,还将学会如何根据实际需求进行创新设计,这对他们今后在电子工程领域的发展至关重要。
2023-02-27 上传
1 2 苏州科技学院 EDA电子综合设计 院 系: 电子与信息工程 专 业: 电子信息工程 ^ 班 级: 学 号: 姓 名: 第一部分:设计说明 3 1、设计任务 设计一款数字电子时钟,具体要求如下: 1:输入条件:50MHz时钟,2个输入按键; 2:功能实现:具有显示时、分、秒功能;采用LED数码管显示;具有闹钟与对时功能 ,对时精确到分,闹钟设置与对时采用按键作为输入信号。 3:采用altera公司的quartusII软件进行编程与仿真,设计语言可以选择VerilogHD L或VHDL。 4 2、目的与意义 训练综合运用学过的数字电子技术、数字系统设计技术(HDL硬件设计)和计算机编程 及电路相关基本知识,培养独立设计比较复杂数字系统设计能力。 通过综合设计,力争掌握使用EDA工具设计数字系统电路的基本方法,包括原理方案 的确定、详细设计中的编程与仿真等一系列过程,为以后进行工程实践问题的研究打下 设计基础。 时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,但随着社会的进步,科技的的发展 ,人们对它的功能又提出了新的要求,怎样让时钟更好的为人民服务,怎样让我们的老 朋 友焕发青春呢这就要求人们不断设计出新型时钟。 现代社会,守时已不仅关系到一个人的职业生涯,还成了衡量一个人道德的标准。时 钟为人们提供了科学利用时间规律的依据,然而,普通的机械钟表与半机械钟表对于忙 碌的生活显然早已不太适应,设计一款高精度数字时钟势在必行。本课题将通过对目前 市场上的数字电子钟的研究,利用EDA技术设计一款高精度数字式电子钟,使人们可以得 到精确时间显示,帮助人们合理安排时间,方便人们的生活。 5 6 第二部分 原理方案设计 1、多功能数字钟的设计 设计一个多功能数字时钟,具有时分、秒计数显示、闹钟功能。能够利用按键实现对 闹钟时间的设定并在当前显示时间到时后能够进行闹钟提示。能够利用按键实现"较时" 、"较分"功能,随时对数码管的显示进行校正和校对。数字中系统主要由系统时钟,三 个功能按键(mode,turn,change),FPGA,数码管和蜂鸣器部分组成。 2、设计原理框图 图 第三部分 详细设计过程 、关于模式信号mode选择各个功能显示的构思: 考虑到使用mode按键产生0、1信号在正常时间显示、调节时间功能、调节闹钟功能和跑 表功能这四个功能之间的转换。所以mode信号的作用主要体现在控制模块(1)和显示模块 中,虽然计时模块中也用到mode信号,但是它只是turn信号将秒信号清零的辅助作用, 保证只有在m=0(即普通时钟显示)下turn信号清零功能才起作用,在校时功能下只能是 分、小时的切换和跑表下的暂停功能。 a. 在控制模块下的作用: 在控制模块下,其实mode和turn信号的作用更像2- 4译码器的功能,将change数字上加信号按不同的mode和turn分成四个信号,分别是c ount1(时间显示下的分信号)、counta(时间显示下的小时信号)、count2(闹铃显示下 的分信号)、countb(闹铃显示下的小时信号)。 b. 在显示模块下的作用: 同在控制模块下的作用。只是将turn信号选出的小时和分钟在同一个mode下一起送至 数码管显示。 、关于时间调整和闹铃时间调整中数字上加的原理: 对于这个问题,我们要考虑两种情况,首先是时间调整的情况:因为在时间调整下,数 字的上加不仅受到change信号的作用(即人工调时),还受本身在1Hz信号下计时而随时 发生的累加。而闹铃时间调整不存在这种情况,因为闹铃下的时间数字发生上加只可能 人工调节(change信号作用下)的结果。 a. 时间调整下的上加: 由于在控制模块(2)下又设置了快加的功能,所以有三部分信号对上加起作用,一是 快加下的numXclk,表示以原始时钟的速率上加,二是慢加下的change具体到各模块、 各位的count1或counta,三是秒信号记到9向分信号的进位。 b. 闹铃时间调整下的上加: 该部分原理同上,只是少了低位记到9向高位的进位。所以只有两部分组成,一是快加 下的numXclk,表示以原始时钟的速率上加,二是慢加下的change具体到各模块、各位 的count2或countb。 分频模块 模块功能 输入一个频率为50MHz的CLK,利用计数器分出1KHz的q1KHz,500Hz的q500Hz,2Hz的 q2Hz和1Hz的q1Hz。 模块设计思想 对系统的时钟50MHZ进行分频,设置不同长度的计数值,当系统时钟clk有变化时计数 器开始计数,当计数到某个值时输出一个信号,计数值不同输出信号的周期也就不同, 从而实现了对系统时钟进行不同的分频,产生不同频率的信号。 模块设计流程图如下 图分频流程 由于FPGA内部提供的时钟信号频率大约为50MHz