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基于VHDL的数字电路综合设计一、引言数字电路设计是计算机科学中的一个重要领域，也是电子工程中的核心内容之一。
在数字电路设计中，经常会用到VHDL语言进行功能仿真和硬件实现，本文将介绍基于VHDL的数字电路综合设计。
二、VHDL语言简介VHDL是VHSIC硬件描述语言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)的缩写，是一种描述数字系统的硬件设计语言。
VHDL支持复杂的设计和测试，并具有高度的可重用性和可扩展性，因此被广泛应用于数字电路设计。
VHDL语言包含结构体、函数、过程、运算符等元素，允许用户在设计过程中进行各种模拟和优化，支持从最基本的逻辑门直到复杂的微处理器设计。
同时，VHDL可以在不同的电脑平台上使用，并且可以与其他软件工具进行无缝集成。
三、数字电路综合设计流程数字电路综合设计是指将高级语言的描述转换为符合硬件描述语言规范的电路图。
数字电路综合设计流程如下：1.设计规范：对电路进行功能分析和描述，包括输入、输出、功能、时序等方面。
2.编写VHDL代码：根据设计规范编写VHDL代码，包括模块实例化、输入输出端口定义、内部信号定义、电路描述等。
3.逻辑综合：将VHDL代码进行逻辑综合，将代码转换为门级电路，通常采用的软件工具是DC综合器。
4.布局布线：将逻辑综合得到的门级电路进行布局布线，得到网表电路。
5.时序分析：对网表电路进行时序分析，保证电路能够在设定的时间内完成给定的操作。
6.物理综合：根据时序分析结果对网表电路进行物理综合，将电路布局在芯片上，并定义技术参数。
7.后仿真：对综合后的电路进行后仿真，验证电路设计是否符合原始设计要求。
四、综合设计工具的选择数字电路综合设计需要使用多种工具，主要涉及到硬件描述语言编写工具、逻辑综合工具、布局布线工具、笔画校验工具和后仿真工具等。
常见的综合设计工具有：1.VHDL编译器和仿真器：VHDL编译器和仿真器是支持VHDL语言的电路设计工具，可以实现VHDL语言的编写和电路仿真功能。
电子科技大学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA数字逻辑设计实验报告实验题目：电子秒表学生姓名：指导老师：一、实验内容利用FPGA设计一个电子秒表，计时范围00.00 ~ 99.00秒，最多连续记录3个成绩，由两键控制。
二、实验要求1、实现计时功能：域值范围为00.00 ~ 99.00秒，分辨率0.01秒，在数码管上显示。
2、两键控制与三次记录：1键实现“开始”、“记录”等功能，2键实现“显示”、“重置”等功能。
系统上电复位后，按下1键“开始”后，开始计时，记录的时间一直显示在数码管上；按下1键“记录第一次”，次按1键“记录第二次”，再按1键“记录第三次”，分别记录三次时间。
其后按下2键“显示第一次”，次按2键“显示第二次”，再按2键“显示第三次”，数码管上分别显示此前三次记录的时间；显示完成后，按2键“重置”，所有数据清零，此时再按1键“开始”重复上述计时功能。
三、设计思路1、整体设计思路先对按键进行去抖操作，以正确的得到按键信息。
同时将按键信息对应到状态机中，状态机中的状态有：理想状态、开始状态、3次记录、3次显示、以及其之间的7次等待状态。
因为需要用数码管显示，故显示的过程中需要对数码管进行片选和段选，因此要用到4输入的多路选择器。
在去抖、计时、显示的过程中，都需要用到分频，从而得到理想频率的时钟信号。
2、分频设计该实验中有3个地方需要用到分频操作，即去抖分频（需得到200HZ时钟）、计时分频（需得到100HZ时钟）和显示分频（需得到25kHZ时钟）。
分频的具体实现很简单，需首先算出系统时钟（50MHZ）和所需始终的频率比T，并定义一个计数变量count，当系统时钟的上升沿每来到一次，count就加1，当count=T时就将其置回1。
这样只要令count=1~T/2时clk=‘0’，count=T/2+1~T时clk=‘1’即可。
课程设计报告设计题目：用VHDL语言实现数字钟的设计班级：学号：姓名:指导老师：设计时间：摘要本设计是基于VHDL语言的数字钟，硬件平台是Xilinx的Virtex2系列FPGA 开发板。
该数字钟具备预置年月日时分秒的功能，通过按键还可以改变数字钟显示的内容和进入不同的设置状态，并通过加减按键调整系统时间。
在整个VHDl数字电路系统中，采用层次化设计方法，自顶向下进行设计。
设计中根据系统的功能要求合理划分出层次，进行分级设计和仿真验证，将较为复杂的数字系统逻辑简化为基本的模型从而降低实现的难度。
工程中底层实体实现了年月日、时分秒的双向计数器功能，另外还单独设计了系统的时钟模块，用来生成周期为125Hz的按键扫描时钟和周期为1Hz单位脉冲时钟。
为了消除按键的抖动，为此设计了按键消抖模块，采用了状态机来对按键进行消抖。
为了实现根据年份和月份对当前月的天数的判断逻辑，采用了函数对该逻辑进行分析，给出正确的判断结果。
为了提高利用率，在工程中建立了一个包集文件，对底层实体进行了统一封装，方便顶层的调用。
底层的所有实体系统的顶层主要完成了底层的元件例化，主控状态机对系统的状态转换进行控制，按键响应和时钟重新分配电路则完成了整个系统的控制逻辑。
关键词：层次化设计，元件例化，函数，状态机目录摘要 (2)一、课程设计目的 (4)二、课程设计内容及其要求 (4)三、VHDL程序设计 (5)1．设计方案论证 (5)2．设计思路与方法 (6)3．VHDL源代码及其仿真结果 (7)1、六进制可逆计数器 (7)2、十进制可逆计数器， (9)3、十二进制可逆计数器， (11)4、二十四进制可逆计数器 (13)5、天数计数器 (16)6、判断闰年和月份 (18)7、时钟分频模块 (22)8、按键消抖模块 (24)9、程序包 (27)10、顶层实体（主控状态机） (29)四、编程下载 (38)五、课程设计总结 (38)六、参考文献 (38)一、课程设计目的诞生于1983年的VHDL语言，在1987年被美国国防部和IEEE指定为标准硬件描述语言。
VHDL语言实现数字电路设计数字电路是由逻辑门、寄存器以及其他数字组件组成的电子系统，用于处理和传输数字信号。
VHDL（Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统。
通过使用VHDL语言，我们可以实现数字电路的设计，从而满足各种需求。
VHDL语言提供了一种结构化的设计方法，允许设计者描述硬件电路的结构、功能以及时序行为。
以下是一些常见的数字电路设计任务，以及如何使用VHDL语言来实现它们。
1. 门电路设计门电路是最简单的数字电路之一，由逻辑门组成。
使用VHDL语言，我们可以通过描述逻辑门的输入和输出来实现门电路的设计。
例如，我们可以使用VHDL语言描述一个与门：```vhdlentity AND_gate isport (A, B : in bit;Y : out bit);end entity AND_gate;architecture dataflow of AND_gate isbeginY <= A and B;end architecture dataflow;```在这个例子中，我们定义了一个输入端口A和B，以及一个输出端口Y。
在architecture部分，我们使用VHDL语言描述了Y的逻辑值为A和B的逻辑与。
2. 时序逻辑电路设计时序逻辑电路是根据时钟信号进行操作和状态转换的电路。
使用VHDL语言，我们可以描述时序逻辑电路的行为和状态变化。
例如，我们可以使用VHDL语言描述一个触发器：```vhdlentity D_flip_flop isport (D, CLK : in bit;Q : out bit);end entity D_flip_flop;architecture behavior of D_flip_flop issignal Q_temp : bit;beginprocess(CLK)beginif CLK'event and CLK = '1' thenQ_temp <= D;end if;end process;Q <= Q_temp;end architecture behavior;```在这个例子中，我们定义了一个输入端口D和CLK，以及一个输出端口Q。
一、设计题目：基于VHDL语言的电子秒表设计（可调时，有闹钟、定时功能）二、设计目的：⑴掌握较复杂的逻辑设计和调试⑵学习用原理图+VHDL语言设计逻辑电路⑶学习数字电路模块层次设计⑷掌握QuartusII软件及Modelsim软件的使用方法三、设计内容：（一）设计要求1、具有以二十四小时计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。
2、设计精度要求为1S。
（二）．系统功能描述1 . 系统输入：系统状态及校时、定时转换的控制信号为k、set、ds；时钟信号clk,采用实验箱的50MHz；系统复位信号为reset。
输入信号均由按键产生。
系统输出：8位LED七段数码管显示输出，蜂鸣器声音信号输出。
多功能数字钟系统功能的具体描述如下：2. 计时：set=1，ds=1工作状态下，每日按24h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。
3. 校时：在set=0,ds=0状态下，按下“k键”，进入“小时”校准状态，之后按下“k键”则进入“分”校准状态，继续按下“k键”则进入“秒校准”状态，之后如此循环。
1）“小时”校准状态：在“小时”校准状态下，显示“小时”数码管以1Hz的频率递增计数。
2）“分”校准状态：在“分”校准状态下，显示“分”的数码管以1Hz的频率递增计数。
3）“秒”复零状态：在“秒复零”状态下，显示“分”的数码管以1Hz的频率递增计数。
4. 整点报时：蜂鸣器在“59”分钟的第50—59，以1秒为间隔分别发出1000Hz，500Hz的声音。
5. 显示：采用扫描显示方式驱动8个LED数码管显示小时、分、秒。
闹钟：闹钟定时时间到，蜂鸣器发出交替周期为1s的1000Hz、500Hz的声音，持续时间为一分钟；6. 闹钟定时设置:在set=0,ds=1状态下，按下“k”，进入闹钟的“时”设置状态，之后按下“k键”进入闹钟的“分”设置状态，继续按下“k 键”则进入“秒”设置状态, 之后如此循环。
1）闹钟“小时”设置状态：在闹钟“小时”设置状态下，显示“小时”的数码管以1Hz 的频率递增计数。
现代电子电路与系统的分析设计与实现方法现代电子电路与系统的分析、设计与实现方法是指在设计电子电路和系统时，采用的一系列技术和工具，以确保电路和系统能够达到设计要求，并满足性能、可靠性和经济性等各方面的需求。
在现代电子技术的快速发展下，电子电路和系统设计面临着越来越多的挑战，因此分析、设计和实现方法变得越来越重要。
下面是一些常用的现代电子电路与系统的分析设计与实现方法：1. 基于硬件描述语言的设计：硬件描述语言（HDL）是一种用来描述电子系统硬件行为的语言。
通过使用HDL，设计人员可以对电路进行更高层次的抽象描述，从而更容易进行电路的分析和验证。
常用的HDL包括VHDL和Verilog。
2.元件级设计：元件级设计是指在电路设计中将电路拆分为可独立分析和设计的基本元件。
通过对各个元件的分析和设计，可以实现对整个电路的分析和设计。
3.数字信号处理（DSP）技术：数字信号处理技术在现代电子电路和系统中应用广泛。
通过使用DSP技术，可以对电路中的信号进行精确和高效的处理，以满足各种应用需求。
4.模拟电路分析与设计：模拟电路的分析与设计主要涉及电路的建模、分析和优化。
通过对电路元器件的特性进行数学建模，可以对电路的行为进行准确的分析，并通过各种优化方法来改进电路的性能。
5.电磁兼容性（EMC）设计：在现代电子电路和系统设计中，电磁兼容性是一个重要的考虑因素。
通过采用适当的布线和屏蔽技术，可以有效地减少电磁干扰和抗干扰能力，提高整个电路系统的EMC性能。
6.集成电路设计：集成电路设计是指将多个电路和系统集成到同一芯片上的设计方法。
通过采用现代的集成电路设计流程和工具，可以实现高度集成、低功耗和高性能的电子系统设计。
7.系统级设计和建模：系统级设计是指对整个电子系统进行高层次的建模和设计。
通过对系统功能、性能和约束进行详细分析和建模，可以优化整个电子系统的设计过程。
8.可靠性设计与分析：在现代电子电路和系统设计中，可靠性是一个重要的考虑因素。
电子科技大学成都学院学院指导教师模值12计数器，分频器设计二、实验目的1、了解二进制计数器的工作原理。
2、时钟在编程过程中的作用。
3、学习数控分频器的设计、分析和测试方法。
4、了解和掌握分频电路实现的方法。
5、掌握EDA技术的层次化设计方法。
三、实验原理（1）二进制计数器中应用最多、功能最全的计数器之一，含异步清零和同步使能的加法计数器的具体工作过程如下：在时钟上升沿的情况下，检测使能端是否允许计数，如果允许计数（定义使能端高电平有效）则开始计数，否则一直检测使能端信号。
在计数过程中再检测复位信号是否有效（低电平有效），当复位信号起作用时，使计数值清零，继续进行检测和计数。
其工作时序如下图所示：（2）数控分频器的功能就是当输入端给定不同的输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，数控分频器就是用计数值可并行预置的加法计数器来设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接得到。
（1）“模值12计数器的设计”的实验要求完成的任务是在时钟信号的作用下，通过使能端和复位信号来完成加法计数器的计数。
实验中时钟信号使用数字时钟源模块的1HZ信号，用一位拨动开关K1表示使能端信号，用复位开关S1表示复位信号，用LED模块的LED1～LED4来表示计数的二进制结果。
实验L ED 亮表示对应的位为‘1’，LED灭表示对应的位为‘0’。
通过输入不同的值模拟计数器的工作时序，观察计数的结果。
实验箱中的拨动开关、与FPGA 的接口电路，LED 灯与FPGA 的接口电路以及拨动开关、LED 与F PGA 的管脚连接在实验一中都做了详细说明，这里不在赘述。
数字时钟信号模块的电路原理如下图所示，其时钟输出与F PGA 的管脚连接表如下图所示：信号名称对应FPGA 管脚名说明DIGITAL-CLK C13 数字时钟信号送至FPGA 的C13按键开关模块的电路原理如下图所示：按键开关的输出与F PGA 的管脚连接表如下图所示：五、实验步骤（一）模值12计数器的设计1、建立工程文件1）运行QUARTUSII 软件。
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一、概述VHDL与数字电路设计一、概述二、VHDL语言三、用VHDL设计逻辑电路传统数字电路设计方法 EDA设计方法 PLD器件设计流程文本设计输入—VHDL程序设计数字电子技术的基本知识回顾组合逻辑电路编码器、译码器、数据选择器、加法器、数值比较器等传统设计方法传统的设计方法是基于中小规模集成电路器件进行设计（如74系列及其改进系列、CC4000系列、 74HC系列等都属于通用型数字集成电路），而且是采用自底向上进行设计：（1）首先确定可用的元器件；（2）根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块；（3）将各模块进行连接，最后形成系统；（4）而后经调试、测量观察整个系统是否达到规定的性能指标。
时序逻辑电路同步时序逻辑电路异步时序逻辑电路寄存器、移位寄存器、计数器、序列信号发生器 EDA设计方法EDA（Electronics Design Automation）即电子设计自动化技术，是利用计算机工作平台，从事电子系统和电路设计的一项技术。
EDA技术为电子系统设计带来了这样的变化：（1）设计效率提高，设计周期缩短；（2）设计质量提高；（3）设计成本降低；（4）能更充分地发挥设计人员的创造性；（5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要的重复劳动。
自顶向下的设计方法数字电路的EDA设计是基于PLD进行设计的，支持自顶向下的设计方法：（1）首先从系统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计；（2）然后再逐级设计底层的结构；（3）并在系统级采用仿真手段验证设计的正确性；（4）最后完成整个系统的设计，实现从设计、仿真、测试一体化。
传统设计方法 vs EDA设计方法传统设计方法自底向上手动设计软硬件分离原理图设计方式系统功能固定不易仿真难测试修改模块难移植共享设计周期长PLD器件设计流程（1）PLD开发系统包括硬件和软件两部分。
课程设计报告课程设计题目：数字钟系统设计学号：2学生姓名：刘新强专业：通信工程班级：1421302指导教师：钟凯2016年1月4日FPGA（ Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，一种可编程逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。
可编程逻辑器件的设计过程是利用EDA 开发软件和编程和编程工具对器件进行开发的过程。
通过modelsim软件下采用verilog语言实现数字钟系统设计，实现了以下几个方面的功能：1.数字钟基本计时功能2.数字钟校时功能3.数字钟系统报时功能关键词：FPGA ；VHDL；数字钟一、FPGA与VHDL简介 (1)1、FPGA与简介 ...........................................................................................2、VHDL简介 ...............................................................................................二、课程设计的目的与要求 (2)1、教学目的....................................................................................................................2、教学要求....................................................................................................................3、数字钟系统设计要求................................................................................................三、设计方案 (2)1、系统框图....................................................................................................................2、模块说明....................................................................................................................四、仿真与实现 (3)1、数字钟基本计时功能实现........................................................................................2、数字钟校时功能实现................................................................................................3、数字钟系统报时功能实现........................................................................................五、实验心得 (4)六、参考文献 (4)七、代码 (5)一、FPGA与VHDL简介1、FPGA简介以硬件描述语言（Verilog 或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA 上进行测试，是现代IC 设计验证的技术主流。
数字电子钟实验报告数字电子钟实验报告武汉职业技术学院实验报告科目＿＿《电子技术基础》＿＿＿＿＿＿＿＿实验名称＿＿数字电子钟实训课程设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿应用09301＿班＿＿4＿实验本人四组本人成绩：作本人＿魏鹏＿同作本人＿＿＿＿＿＿＿本人日期＿201*＿年＿5＿月＿26＿日本人指导老师：实训目的：1 运用所学数字电路的基础知识和基础知识的巩固及加强对电路图的分析及理解能力2 培养定的自学独立分析问题和解决今后工作中的实际问题的基对本能力3 培养实践动手能力，掌握简单数字系统的设计和制作方法二实训内容：依据简单数字系统设计和制作数字电子钟三实训要求：1 充分理解电路原理图2 电路板的识别及参数选择3 注意制作过程中的安全重制事项4四元器件选择：五原理框图及成品图：六实训步骤：1 实训准备。
学习数字电子钟的原理图及设计原理了解所需元器件及其参数和数字电子钟的调试方法。
2 实训操作。
发放电路板及元器件，发放电子电路半导体器件以焊完个发个的原则，以防大家的错焊漏焊。
3 选择和测试元器件，用“万用表”测试元器件质量的坏。
4 装配元件。
把元器件按接线图正确地焊接在印制电路板上。
5 调试产品的技术指标。
按电路原理测试方法各点的工作电压，以判断其工作是否正常。
6 若组装出的产品有损坏，依据努力学习知识独立思考找出问题的根源，并排除产品设计的故障。
7 对成品的进步检测，饱满度检测内容包括焊点的饱满度光泽度及产品的可操作性等。
七实训感想：通过这次该次对数字钟的设计与制作，让我们了解了数字钟的原理和设计理念。
要制作个电子产品定要严格按照电路苛刻原理图设计，而且最后的成品维日尼察区与想象的完全样，因为在实际焊接中展现出各种各样的症结问题，所以要细心焊接这样做出来的成品才比较美观。
设计过程中，在次又次的失败面前，我们没有退缩，而是勇敢的去纵然，积极的去解决，充分运用所学知识和他人善用的鼓励，最终取得了成功。
数字系统设计（VHDL）课程教学改革与实践数字系统设计（VHDL）是本科院校电类专业学生的一门专业课，其发展日新月异，如何更好的培养学生的实践能力，使教学内容能够紧跟技术发展前沿已经成为当前教学的重要研究课题，为此文章提出了突出实践能力的综合考核方式，以及实验内容与电子设计大赛相结合的教学改革方法。
标签：数字系统设计；电子设计大赛；实践能力；教学改革1 研究背景《数字系统设计（VHDL）》是一种软硬件合一的数字电子设计技术，它的设计语言采用硬件描述语言，以EDA软件为工作平台，以专用集成电路为实现载体，来设计复杂的电路系统，代表了现代电子设计方法的主流趋势[1]。
因此该课程具有较高的理论性和实践性，而且更加注重实践。
独立学院的方针是培养应用型人才，而且从全国近几年大学生电子设计大赛的题目来看，利用EDA技术完成的竞赛题目所占比例逐年提高，题目更加灵活多变，要求也越来越高，这些变化反应出目前业界对当代工科电类专业大学生技能掌握的需求方向。
基于以上两点，针对数字系统设计课程的实践教学环节进行改革与创新，切实提高学生应用EDA技术设计电路的能力，是独立学院电信类专业课程建设的一项重要任务，具有极高的应用价值。
但在当前“数字系统设计（VHDL）”课程的教学环节仍存在着若干弊端[2]，需要引起重视并想办法加以解决。
本文对该课程的理论与实践教学方法、考试方法提出三点建议，以期改进教学方法，提高教学效果，使该课程在培养学生的创新实践能力中起到应有的作用。
2 教学中存在的问题2.1 课程内容缺乏前沿性、连贯性，重点不突出许多现有的教材内容上更新速度慢，缺乏前沿性，不能全面展示数字系统设计技术的新成果和发展趋势；编写上缺乏完整的课程观，章节结构不合理，重点不突出，理论叙述多而配套的实验和习题少。
导致学生没有明确课程目标，对课程内容感到枯燥、乏味，学习积极性不高。
2.2 教学方法单调，教与学结合不紧传统教学方法以教师讲授为主，学生在封闭的课堂环境下获取数字系统设计知识，方式单调，互动有限，缺少及时动手实践的机会。
EDA课程设计——基于VHDL 语言的数字时钟设计（可编辑）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑推荐下载）一、设计要求 0二、设计原理及框图 01、设计原理 02、结构框图 0三、设计过程 (1)1、模块化设计 (1)2、顶层文件生成 (2)四、仿真调试过程 (3)1、各模块时序仿真图 (3)2、仿真过程中遇到的问题 (4)五、设计体会及收获 (4)一、设计要求1、稳定的显示时、分、秒。
2、当电路发生走时误差时，要求电路有校时功能。
3、电路有整点报时功能。
报时声响为四低一高，最后一响高音正好为整点。
二、设计原理及框图1、设计原理系统框图由六个模块组成，分别为：秒、分、时计数模块，整点报时模块，LED动态显示扫描模块，调时控制模块组成。
其工作原理是:基准脉冲输入信号同时加到秒、分、时、分隔符的脉冲输入端，采用并行计数的方式，秒的进位接到分的使能端上，秒的使能借到分隔符的使能上，分得接到时的使能端上，完成秒、分、时和分隔符的循环计数。
整点报时是根据分的A、B输出同时为0时，整点报时模块输出高电平控制报时。
LED显示扫描模块根据输入的扫描信号CKDSP轮流选通秒、分、时、分隔符的8位八段数码管，LED显示译码器完成计数器输出的BCD的译码。
2、结构框图三、设计过程1、模块化设计（1）秒计时模块秒计时模块由一个60位计数器为主体构成，其输入输出端口组成为：Clk：计时时钟信号Reset：异步清零信号Setmin：分钟设置信号Enmin：使能输出信号Daout[6:0]：BCD码输出（2）分计时模块分计时模块由一个60位计数器为主体构成，其输入输出端口组成为：Clk、clk1：计时时钟信号Reset：异步清零信号Sethour：小时设置信号Enmin：使能输出信号Daout[6:0]：BCD码输出（3）时计时模块时计时模块由24位计数器为主体构成，其输入输出端口组成为：Clk：计时时钟信号Reset：异步清零信号Daout[6:0]：BCD码输出（4）显示模块系统时间输出由六个七段数码管显示。
设计报告课程名称在系统编程技术任课教师设计题目数字时钟设计班级姓名学号日期2008年11月30日目录一、题目分析 (2)二、选择方案 (2)三、细化框图 (4)四、编写应用程序并仿真 (4)1、秒计数器 (4)2、分钟计数器 (5)3、小时计数器 (5)4、整点报时 (5)五、全系统联调 (6)六、硬件测试及说明 (6)七、结论 (8)八、课程总结 (9)九、参考文献 (9)十、附录（源程序） (10)一、题目分析1、分析设计要求 （数字时钟的功能）1）具有时、分、秒计数显示功能，以24小时循环计时。
2）具有调节小时、分钟及清零的功能。
3）具有整点报时功能。
4）时钟计数显示时有LED 灯的花样显示。
2、总体方框图3、技术指标及功能要求1）时钟计数：完成时、分、秒的正确计时并且显示所计的数字；对秒、分——60进制BCD 码计数，即从0到59循环计数，时钟——24进制BCD 码计数，即从0到23循环计数，并且在数码管上显示数值。
2）时间设置：手动调节分钟、小时，可以对所设计的时钟任意调时间，秒、分计数器都有进位信号，通过调节进位信号实现对数字钟的调分和调时功能，即当setmin 为高电平时，秒钟信号作为进位信号使分计数器计数，其计数加快实现调分功能。
小时的调时原理与其相同。
3）清零功能：reset 为复位键，低电平时实现清零功能，高电平时正常计数。
4）蜂鸣器在整点时有报时信号产生，蜂鸣器报警。
5）LED 灯在时钟显示时有花样显示信号产生。
二、选择方案1、方案选择及设计规划根据总体方框图及各部分分配的功能可知，本系统可以由四个子模块（即秒计数器、分钟计数器、小时计数器、整点报时）和一个顶层文件构成。
采用自顶向下的设计方法，子模块利用VHDL 语言设计，顶层文件用原理图的设计方法。
2、系统顶层图的设计数字时钟小时计数显示功能模块分钟计数显示功能模块秒钟计数显示功能模块整点报时功能模块clk resetdaout[5..0]hour instclk clk1resetsethourenhour daout[6..0]minute inst1clk reset setmin enmin daout[6..0]secondinst2clk dain[6..0]speak lamp[2..0]alert inst3pin_name7OUTPUTpin_name8OUTPUTpin_name9OUTPUTpin_name10OUTPUTpin_name11OUTPUTVCCsethourINPUT VCCsetminINPUT VCC clkINPUT VCC reset INPUT系统顶层设计图如上所示，由图知： 1）对外端口引脚名称:输入：clk ，reset ，setmin ，sethour ；输出：speaker ，hour[5..0]，minute[6..0]，second[6..0]，lamp[3..0]。
基于VHDL数字电子钟的设计与实现摘要：本课程设计完成了数字电子钟的设计，数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，它使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点。
数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活带来极大的方便。
在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路的能力。
关键词：电子钟；门电路及单次按键；琴键开关目录第一章引言----------------------------------------------------------------11.1 课题的背景、目的------------------------------------------11.2 课程设计的内容------------------------------------------1 第二章EDA与VHDL简介--------------------------------------------------22.1 EDA的介绍---------------------------------------------22.2 VHDL的介绍--------------------------------------------32.2.1 VHDL的用途与优点-----------------------------------------------------------------32.2.2 VHDL的主要特点----------------------------------------------------------------------2.2.3 用VHDL语言开发的流程------------------------------------------------------------ 第三章数字电子钟的设计方案------------------------------------------63.1秒脉冲发生器--------------------------------------------73.2可调时钟模块--------------------------------------------83.3校正电路------------------------------------------------83.4闹铃功能------------------------------------------------103.5日历系统------------------------------------------------11 第四章结束语---------------------------------------------------------------134.1致谢----------------------------------------------------144.2参考文献------------------------------------------------151引言随着科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高。
数字电子钟走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用秒脉冲发生器的精度稳定保证了数字钟的质量，用74LS290输入脉冲显示周期，这种表具有时、分、秒的显示功能，还可以进行时和分的校对。
1.1课题的背景、目的20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。
忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。
但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。
例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时间。
尤其在医院，每次护士都会给病人作皮试，测试病人是否对药物过敏。
注射后，一般等待5分钟，一旦超时，所作的皮试试验就会无效。
手表当然是一个好的选择，但是，随着接受皮试的人数增加，到底是哪个人的皮试到时间却难以判断。
所以，要制作一个定时系统。
随时提醒这些容易忘记时间的人。
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、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
通过数字电子钟的设计，巩固计算机组成原理课程，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术的实际问题的独立工作能力；掌握用VHDL语言编制简单的小型模块，学会数字钟的设计方法,熟悉集成电路的使用方法,初步掌握电子钟的设计方法并实现时间的显示和校对，以及报时的功能，并能对数字电子钟进行扩展。
数字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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
因此，此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法1.2 课程设计的内容本次设计以数字电子为主，实现对时、分、秒、星期数字显示的计时装置,周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能和报时功能的数字电子钟。
电路主要采用中规模CMOS集成电路.本系统的设计电路由脉冲逻辑电路模块、时钟脉冲模块、电源模块、时钟译码显示电路模块、整点报时模块、校时模块、星期模块等几部分组成。
采用电池作电源，采用低功耗的CMOS芯片及液晶显示器，发生器使用晶体振荡、计数振荡器CD4060及双JK触发器CD4027，将标准秒信号送入“秒计数器”；计数器采用“可予制四位二进制异步清除”计数器来实现，分别组成两个六十进制(秒、分)、一个二十四进制(时)的计数器；整电报时电路以门电路、触发器及扬声器构成，要求在离整点差5秒时，每1秒钟鸣叫一次，共响5次，前四次为低音512Hz，最后一声为高音1024Hz；星期计数器是用四个D触发器组成；校时电路是由与非门构成的双稳态触发器，用来对“星期”、“时”、“分”、“秒”显示数字进行调整的；译码显示电路选用BCD-7段锁存译码／驱动器CC4511构成，再经过设计一个电子钟，具有时、分、秒显示功能，在计时过程中具有报时功能，同时能对时、分进行校对，在使用74LS290输入脉冲时能够显示一周的星期,具有一分钟闹铃功能.实验仪器:74LS161(7片),74LS48(BCD_7段译码器), 74LS29(4片),门电路及单次按键,琴键开关2 EDA与VHDL简介2.1 EDA的介绍EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。
目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。
本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。
EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。
（一）. EDA常用软件EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim等等。
这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同时以可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。
下面按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、1、电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；EWB；Matlab；SystemView；MMICAD等。
下面简单介绍前三个软件。
SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。
1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE（Personal—SPICE）。
现在用得较多的PSPICE6.2，EWB(Electronic Workbench)软件是Interactive ImageTechnologies Ltd 在20世纪90年代初推出的电路仿真软件。
目前普遍使用的是EWB5.2，相对于其它EDA软件，它是较小巧的软件（只16M）。
但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大，几乎100%地仿真出真实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。
它的界面直观，易学易用。
MATLAB产品族它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等2、PCB设计软件PCB(Printed—Circuit Board)设计软件种类很多，如Protel；OrCAD；Viewlogic；PowerPCB；Cadence PSD；MentorGraphices的Expedition PCB；Zuken CadStart；Winboard/Windraft/Ivex-SPICE；PCB Studio；TANGO等等。
