EDA实验报告—数字时钟设计_数字时钟电路实验心得 - CSDN文库

EDA实验、数字时钟、VHDL

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EDA 技术与 VHDL 实验报告中南大学信息科学与工程学院·电子信息工程系

1. 引言

随着科学技术的迅猛发展，在计算机技术的推动下电子技术获得了飞速的

发展。电子产品几乎渗透到了工业、生活的各个领域，其中集成电路的设计正

朝着速度快、性能高、容量大、体积小和微功耗的方向发展。基于这种情况，

可编程逻辑器件的出现和发展大大改变了传统的系统设计方法。可编程逻辑器

件和相应的设计技术主要体现在三个方面：一是可编程逻辑器件的芯片技术；

二是适用于可逻辑编程器件的硬件编程技术，三是可编程逻辑器件设计的 EDA

开发工具,它主要用来进行可编程逻辑器件应用的具体实现。在本设计中采用了

集成度较高的 FPGA 可编程逻辑器件，选用了 VHDL 硬件描述语言和 Quartus

II 开发软件进行设计。VHDL 硬件描述语言在电子设计自动化( EDA)中扮演着

重要的角色，由于采用了具有多层次描述系统硬件功能的“自顶向下” (Top -

Down)的全新设计方法，使设计师们摆脱了大量的辅助设计工作，而把精力集

中于创造性的方案与概念构思上，用新的思路来发掘硬件设备的潜力，从而极

大地提高了设计效率,缩短了产品的研制周期。Quartus II 软件是集成了编辑器、

仿真工具、检查/分析工具和优化/综合工具的这些所有开发工具的一种集成的

开发环境，通过该开发环境能够很方便的检验设计的仿真结果以及建立起与可

编程逻辑器件的管脚之间对应的关系。

EDA 技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言 HDL 完成的设计文件，

自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线。仿真以及对于特

定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。典型的 EDA 工具中必须包含两个特

殊的软件包，即综合器和适配器。综合器的功能就是将设计者在 EDA 平台上完

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EDA 技术与 VHDL 实验报告中南大学信息科学与工程学院·电子信息工程系

成的针对某个系统项目的 HDL、原理图或状态图形描述，针对给定的硬件系统

组件，进行编译、优化、转换和综合，最终获得我们欲实现功能的描述文件。

综合器在工作前，必须给定所要实现的硬件结构参数，它的功能就是将软件描

述与给定的硬件结构用一定的方式联系起来。综合过程就是将电路的高级语言

描述转换低级的。可与目标器件 FPGA/CPLD 相映射的网表文件。适配器的功

能是将由综合器产生的王表文件配置与指定的目标器件中，产生最终的下载文

件，如 JED 文件。适配所选定的目标器件(FPGA/CPLD 芯片)必须属于在综合

器中已指定的目标器件系列。

2. 设计概述

数字时钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时

钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，数

字时钟可植入自动控制、测试等系统内部，作为系统的时钟源，可为系统提供

定时信号或中断控制的时间基准，具有广泛的用途。由于数字集成电路的发展

使得数字时钟的精度远远超过老式钟表，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单一报时功能。加入了一些诸如自

动报时、定时闹钟等功能。这些都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字

时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

数字时钟的设计方法有很多种，包括基于单片机的硬件设计、基于各种描

述语言的软件设计，本设计采用 VHDL 语言来设计数字时钟有着多方面的优越

性，通过把整个设计分为多个模块依次来实现，减少了众多重复性步骤，合理

化了设计过程，使得设计更加省时、快捷，提高了设计效率。

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EDA 技术与 VHDL 实验报告中南大学信息科学与工程学院·电子信息工程系

目前，电子系统的 EDA 技术正从着眼与数字逻辑向模拟电路和数模混合电

路的方向发展，21 世纪是 EDA 技术飞速发展的时期，可以预见 EDA 技术将会

对今后电子设计的发展产生重大的影响。随着电子技术的发展，集成电路经历

了从小规模、中规模到大规模和超大规模集成的过程，应用系统向小型化、快

速化、大容量、重量轻的方向发展；数字系统的设计也已从芯片组合化设计走

向单片系的设计。随着微电子和计算机领域的原理创新、技术创新、应用创新

层出不穷，许多特定功能的专用集成电路应用日益广泛，用户迫切希望根据自

身设计要求自行构造逻辑功能的数字电路，复杂可编程逻辑器件 FPGA 顺应了

这一新的需要。它能将大量逻辑功能集成于一个芯片中，其规模可达几十万或

上百门以上，从而电子设计自动化 EDA 技术应运而生，它是电子产品及系统开

发领域中一场革命性变革，EDA 技术极大地推动了科学技术的发展。EDA 技术

的发展使硬件电路设计软件化，降低了硬件电路设计的难度，使设计周期和产

品的开发时间缩短，设计更新变成了程序的修改，适应了千变万化的市场潮流。

它的设计输入可以使用硬件描述语言(HDL)，采用“自顶向下”的设计方法，为设

计者提供了一个高效、便捷的设计环境，同时也为充分发挥设计人员的创造性

提供了条件。EDA 技术主要应用于数字电路的设计，目前它在中国的应用多数

是用在 FPGA 的设计中。

EDA 技术是现代电子信息工程领域的一门新技术，它是在先进的计算机工作

平台上开发出来的一套电子系统设计的软硬件工具，并提供了先进的电子系统

设计方法。20 世纪 90 年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在

积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变

革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件的应用，已得到

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happyhjun

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