"FPGA设计与VHDL应用:电子时钟报告分析"

需积分: 33 4 下载量 68 浏览量 更新于2024-03-20 收藏 2.32MB DOC 举报
FPGA设计的电子时钟报告 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。VHDL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。多功能数字钟课程设计是信息科学与工程学院集成电路设计与集成系统专业的学生在2014-2015学年第二学期完成的课程项目。 FPGA设计的电子时钟是一项涉及硬件描述语言、系统集成电路和FPGA技术的综合性项目。通过学习和应用VHDL,学生能够深入了解数字电子系统的设计原理和方法,并通过实际设计和实现电子时钟,提升自己的硬件设计能力和实践经验。本设计项目旨在让学生掌握FPGA设计的基本原理和方法,培养学生的实际能力和团队合作精神。 在这个项目中,学生需要通过VHDL语言描述电子时钟的功能和逻辑,包括时钟显示、时间设置、闹钟等功能。通过使用FPGA开发工具,将VHDL代码综合为硬件电路,实现数字时钟的功能。在设计过程中,学生需要考虑时序约束、时钟分频、时钟域切换等问题,保证设计的稳定性和可靠性。同时,学生还需要进行仿真和验证工作,确保设计符合预期的功能和性能要求。 通过本设计项目,学生不仅能够掌握VHDL语言的基本语法和应用技巧,还能够了解FPGA的工作原理和设计流程。同时,学生还能够提升团队协作能力和问题解决能力,培养自己的创新思维和实践能力。总的来说,FPGA设计的电子时钟项目对于学生的综合能力提升和职业发展具有重要意义。 在提交设计报告时,学生需要严格遵守相关要求和规定,确保文档格式和内容的整齐和准确。设计报告中应包括封面、说明和设计内容三部分,其中设计内容应详细描述设计方法、实现过程和验证结果,以及遇到的问题和解决方案。同时,学生需要提交电子稿和打印稿,以便审阅和评分。 在今后的学习和工作中,学生可以通过这个项目积累更多的实践经验和技术知识,为自己的职业发展打下坚实的基础。同时,学生还可以结识更多志同道合的同学和行业专家,扩大自己的人际关系和资源网络。通过不断地学习和实践,相信学生们一定能够取得更大的成就和发展。愿大家在FPGA设计的电子时钟项目中取得成功,为自己的未来铺平道路,不断创造更美好的明天!
2023-02-27 上传
电子时钟设计报告 1 设计任务与要求 1.1 设计任务 用STM32设计一个数字电子钟,采用LCD12864来显示并修改,时间或闹铃。 1.2 设计要求 1)显示功能:可显示时间等基本功能。 2)具有闹铃功能。 3)按键改变时间。 4)按键改变闹铃。 5)温度的显示。 2 方案设计与论证 整个系统用stm32单片机作为中央控制器,由单片机执行采集内部RTC值,时钟信号 通过单片机I/O口传给TFT彩屏,单片机模块控制驱动模块驱动显示模块,通过显示模块 来实现信号的输出。系统设有按键模块用于对时间进行调整及扩展多个小键盘。 2.1 显示电路 方案一 :TFT彩屏。显示质量高,没有电磁辐射,可视面积大,应用范围广,画面效果好,数字 式接口,"身材"匀称小巧,功耗小。 方案二:数码管动态显示。动态显示,即各位数码管轮流点亮,对于显示器各位数 码管,每隔一段延时时间循环点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示,但 须保证扫描速度足够快,人的视觉暂留功能才可察觉不到字符闪烁。显示器的亮度与导 通电流、点亮时间及间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态 显示节省了I/O口,降低了能耗。 从节省单片机芯片I/O口和降低能耗角度出发,本数字电子钟数码管显示选择设计采 用方案一,既TFT彩屏显示。 2.2 电源电路 本数字电子钟设计所需电源电压为直流、电压值大小5V的电压源直接用mini USB通过电脑USB接口供电。 2.3 按键电路 本数字电子钟设计所需按键用于进行显示时间的调整与设置扩展的小键盘。 单片机芯片4个I/O口可与按键直接相连,通过编程,单片机芯片即可控制按键接口 电平的高低,即按键的开与关,以达到用按键进行显示时间的调整与设置扩展的小键盘 的设计要求。 2.4 RTC时钟 Stm32自带RTC模块,实时时钟是一个独立的定时器。RTC模块拥有一组连续计数的计数器 ,在相应软件配置下,可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前 的时间和日期RTC模块和时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)处于后备区域,即在系统复位或 从待机模式唤醒后,RTC的设置和时间维持不变。系统复位后,对后备寄存器和RTC的访 问被禁止,这是为了防止对后备区域(BKP)的意外写操作。在RTC预分频器余数寄存器(R TC_DIVH / RTC_DIVL)赋值可改变时间,在RTC闹钟寄存器(RTC_ALRH/RTC_ALRL)中改变闹铃时间。 2.5 TFT 彩屏显示电路 数字电子钟设计的显示模块用一个TFT彩屏来实现。 2.6 温度传感器模块 DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁 铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。主要根据应用场 合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测 温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨 耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领 域。 技术性能描述: 独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处 理器与DS18B20的双向通讯。 测温范围 -55 ~+125 ,固有测温误差(注意,不是分辨率,这里之前是错误的)0.5 。 支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实 现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。 工作电源: 3~5V/DC (可以数据线寄生电源) 在使用中不需要任何外围元件。 3 硬件电路设计 图1 stm32f103引脚图 图2 指示灯与复位电路 图3 稳压电路,变压电路,晶震 图4 实物图 4 软件设计 主程序如下 #include <stm32f10x_lib.h> #include "rtc.h" #include "sys.h" #include "usart.h" #include "delay.h" #include "led.h" #include "key.h" #include "exti.h" #include "wdg.h" #include "timer.h" #include "lcd.h" #include "rtc.h" #include "wkup.h" #include "adc.h" #include "dma.h" #include "24cxx.h" #include "flash.h" #include "touch.h" #include "24l01.h" #include "mmc_sd.h" #include "remote.h"
2023-02-27 上传
电子时钟设计报告全文共9页,当前为第1页。电子时钟设计报告全文共9页,当前为第1页。电子时钟设计报告 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第1页。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第1页。 1 设计任务与要求 1.1 设计任务 用STM32设计一个数字电子钟,采用LCD12864来显示并修改,时间或闹铃。 1.2 设计要求 1)显示功能:可显示时间等基本功能。 2)具有闹铃功能。 3)按键改变时间。 4)按键改变闹铃。 5)温度的显示。 2 方案设计与论证 整个系统用stm32单片机作为中央控制器,由单片机执行采集内部RTC值,时钟信号通过单片机I/O口传给TFT彩屏,单片机模块控制驱动模块驱动显示模块,通过显示模块来实现信号的输出。系统设有按键模块用于对时间进行调整及扩展多个小键盘。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第2页。电子时钟设计报告全文共9页,当前为第2页。2.1 显示电路 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第2页。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第2页。 方案一 :TFT彩屏。显示质量高,没有电磁辐射,可视面积大,应用范围广,画面效果好,数字式接口,"身材"匀称小巧,功耗小。 方案二:数码管动态显示。动态显示,即各位数码管轮流点亮,对于显示器各位数码管,每隔一段延时时间循环点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示,但须保证扫描速度足够快,人的视觉暂留功能才可察觉不到字符闪烁。显示器的亮度与导通电流、点亮时间及间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口,降低了能耗。 从节省单片机芯片I/O口和降低能耗角度出发,本数字电子钟数码管显示选择设计采用方案一,既TFT彩屏显示。 2.2 电源电路 本数字电子钟设计所需电源电压为直流、电压值大小5V的电压源直接用mini USB通过电脑USB接口供电。 2.3 按键电路 本数字电子钟设计所需按键用于进行显示时间的调整与设置扩展的小键盘。 单片机芯片4个I/O口可与按键直接相连,通过编程,单片机芯片即可控制按键接口电平的高低,即按键的开与关,以达到用按键进行显示时间的调整与设置扩展的小键盘的设计要求。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第3页。电子时钟设计报告全文共9页,当前为第3页。2.4 RTC时钟 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第3页。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第3页。 Stm32自带RTC模块,实时时钟是一个独立的定时器。RTC模块拥有一组连续计数的计数器,在相应软件配置下,可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期RTC模块和时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)处于后备区域,即在系统复位或从待机模式唤醒后,RTC的设置和时间维持不变。系统复位后,对后备寄存器和RTC的访问被禁止,这是为了防止对后备区域(BKP)的意外写操作。在RTC预分频器余数寄存器(RTC_DIVH / RTC_DIVL)赋值可改变时间,在RTC闹钟寄存器(RTC_ALRH/RTC_ALRL)中改变闹铃时间。 2.5 TFT 彩屏显示电路 数字电子钟设计的显示模块用一个TFT彩屏来实现。 2.6 温度传感器模块 DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 技术性能描述: 独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第4页。电子时钟设计报告全文共9页,当前为第4页。 测温范围 -55 ~+125 ,固有测温误差(注意,不是分辨率,这里之前是错误的)0.5 。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第4页。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第4页。 支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。 工作电源: 3~5V/DC (可以数据线寄生电源) 在使用中不需要任何外围元件。 3 硬件电路设计 图1 stm32f103引脚图 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第5页。电子时钟设计报告全文共9页,当前为第5页。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第5页。 电子时钟设计报告全文共9页,当前为第5页。 图2 指示灯与复位电路 图3 稳压电路,变压电路,晶