基于FPGA的数字时钟设计毕业设计(论文)

基于FPGA的数字钟设计学院：电子信息工程学院专业：电子设计自动化班级：1班姓名：XXX学号：201210525XXX摘要伴随着集成电路技术的发展, 电子设计自动化(EDA)技术逐渐成为数字电路设计的重要手段。

基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，使得E DA技术在电子信息，通信，自动控制，计算机等领域的重要性日益突出。

本设计给出了一种基于FPGA的多功能数字钟方法，采用EDA作为开发工具，V HDL语言和图形输入为硬件描述语言，QuartusII作为运行程序的平台，编写的程序经过调试运行，波形仿真验证，下载到EDA实验箱的FPGA芯片，实现了设计目标。

系统主芯片采用CycloneII系列EP2C35F672C8。

采用自顶向下的设计思想，将系统分为五个模块:分频模块、计时模块、报时模块、显示模块、顶层模块。

用VHDL语言实现各个功能模块, 图形输入法生成顶层模块. 最后用QuartusII软件进行功能仿真, 验证数字钟设计的正确性。

测试结果表明本设计实现了一个多功能的数字钟功能，具有时、分、秒计时显示功能，以24小时循环计时；具有校正小时和分钟的功能；以及清零，整点报时功能。

关键词：EDA技术；FPGA；数字钟；VHDL语言；自顶向下AbstractAccompanied by the d evel opment of integrated circuit technology, el ectr onic d esign automation (EDA) technol ogy is becoming an important means of digital circuit design. FPGA EDA technology development and expansion of application fields and in-depth, the importance of EDA technology in the field of electronic information, communication, automatic control, computer, etc. have become increasingly prominent.This design gives a FPGA-based multifunctional digital clock using ED A as a development tool, VHDL language and graphical input hardware des cription language, the QuartusII as a platform for running the program, wr itten procedures debugging and running, the waveform simulation download ed to the FPGA chip to achieve the d esign goals.The main system chip CycloneII series EP2C35F672C8. Adopted a topd wn d esign id eas, the system is divid ed into five modul es: frequency modul e, timing module, timer module, display module, the top-l evel module. With VHDL various functional modules, graphical input method to generate the to p-level module. Last QuartusII under simulation, to verify the correctness of the digital cl ock d esign.The test results show that the design of a multifunctional digital clock, with seconds time display, 24-hour cycle timing; has a school, cleared, and the whol e point timekeeping functions.Key words: EDA technol ogy; FPGA; VHDL language; top-d own; digital cl ock目录1 绪论 (4)1.1 研究背景 (5)1.2 研究目的 (6)1.3 研究方法和内容 (6)2 本软件开发环境......................................................................... 错误!未定义书签。

EDA设计实验 基于FPGA的数字计时器的设计中文摘要FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

FPGA以设计灵活、速度快、功耗低，在集成电路中得到广泛应用。

本设计选用ALTERA公司的EP1C12Q240C8芯片，利用VHDL语言采用自顶向下的方法在Quartus Ⅱ环境下完成了数字钟的设计，最后在实验箱上进行测试。

该数字钟包含的功能有计时、显示星期、校时校分、清零、整点报时、音乐闹铃。

关键词：FPGA，SmartSOPC，Quartus Ⅱ，VHDL，多功能数字钟AbstractFPGA (Field-Programmable Gate Array) is the further development of PAL, GAL, CPLD and other programmable devices based on the product. FPGA has been widely used in integrated circuits for its flexible designing, fast speed and low power consumption.The design uses the silicon chip EP1C12Q240C8 produced by the company of ALTERA. And with the help of VHDL, the design of a digital clock is completed using the top-down approach under Quartus Ⅱ, finally carried out in the SmartSOPC. Functions of the digital clock are: timer, showing day, setting time, resetting, Chime on every hour, and alarm with music.Key words: FPGA, SmartSOPC, Quartus Ⅱ, VHDL, Multiple-used digital clock[注]：完整电路及程序见相应的设计文件中，本文只给出部分电路及程序。

VHDL语言数字时钟论文-基于FPGA的具有闹钟和校时功能的数字钟设计实验名称:基于FPGA的具有闹钟和校时功能的数字钟设计一、设计内容和要求实验要求使用 VHDL进行多功能时钟的设计具体要求如下:1.能将基本的小时、分钟、及秒钟显示在数码管上。

2(能利用拨码开关进行时间的校正。

3.具有整点报时和闹钟的功能。

二、 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。

这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路,比如AND、OR、XOR、NOT,或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。

在大多数的FPGA里面～这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器,Flip,flop,或者其他更加完整的记忆块。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA,Logic Cell Array,这样一个概念～内部包括可配臵逻辑模块CLB,Configurable Logic Block,、输入输出模块IOB,Input Output Block,和内部连线,Interconnect,三个部分。

现场可编程门阵列,FPGA,是可编程器件～与传统逻辑电路和门阵列,如PAL～GAL及CPLD器件,相比～FPGA具有不同的结构。

FPGA利用小型查找表,16×1RAM,来实现组合逻辑～每个查找表连接到一个D触发器的输入端～触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O～由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块～这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。

FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的～存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式～并最终决定了FPGA所能实现的功能～FPGA允许无限次的编程。

FPGA基本特点采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路,～用户不需要投片生产～就能得到合用的芯片。

Civil Aviation University of China电子技术应用设计报告基于FPGA的电子时钟设计专业：通信工程学号： xxxxxxx学生姓名： xxx 所属学院：电信学院任课教师： xxx摘要本设计采用EDA技术，采用原理图和硬件描述语言VHDL混合编程设计时钟逻辑系统，在QuartusII5.0工具软件环境下，采用自顶向下的设计方法，由各个基本模块共同构建了一个基于FPGA的电子时钟。

本时钟系统主芯片采用EP1C6Q240C8N，具有显示时间、日期、时间及日期校准、整点报时、定时闹钟等功能。

其中时间采用24小时循环计数，日期计数器具有闰年、月大、月小的判断并准确计数功能。

通过按键控制可以实现：日期和时间的切换显示、日期和时间的校准、闹钟的开关控制。

关键词：FPGA；电子时钟；原理图；VHDL语言；AbstractIn my design EDA technology is used, and I designed the clock logic system by means of schematic and VHDL language. Under QuartusII5.0 Tools software environment, I used the top-down design methodology, where various basic modules work together to build a FPGA-based electronic clock.The main chip of the clock system is EP1C6Q240C8N, which of time display, date display, time and date calibration, the whole point of time, andregular alarm clock. Furthermore, 24- are designed. What we can achievethrough the control buttons are as follows: switching the display of date andtime, calibration of date and time, and the alarm switch control.Keywords: FPGA; electronic clock; schematic; VHDL language;目录电子技术应用设计报告 .....................................................................................................................基于FPGA的电子时钟设计 ...............................................................................................................摘要................................................................................................................................................... Abstract .............................................................................................................................................基于FPGA的电子时钟设计 ...............................................................................................................1.FPGA介绍 ...............................................................................................................................2．电子时钟的设计方案 ............................................................................................................2.1时钟系统整体介绍 ........................................................................................................2.2分频器...........................................................................................................................2.3时间计数模块................................................................................................................2.4日期计数模块................................................................................................................2.5译码器模块 ...................................................................................................................2.6显示模块 .......................................................................................................................2.7校时模块 .......................................................................................................................2.8闹钟模块 ......................................................................................................................3实习总结 ................................................................................................................................3.1本系统的优点...............................................................................................................3.2本系统的不足...............................................................................................................3.3想实现却又没实现的功能 ............................................................................................附录1：分频器..................................................................................................................附录2：时间计数器 ..........................................................................................................附录3：日期计数器 ..........................................................................................................附录4：译码器程序 ..........................................................................................................基于FPGA的电子时钟设计1.FPGA介绍FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

基于FPGA的数字钟设计摘要:现实生活中经常会出现需要用时间测定参数数值的情况，服务日常生活和生产。

基于FPGA设计数字电路产品已经成为当前的重要设计方法。

本文设计选用了Quartus软件环境，运用描述逻辑Verilog HDL，由上至下的模式，基于FPGA完成了数字时钟的设计方案。

本次设计成果采用按键对闹钟的起止点进行控制，能够显示时，分，秒等并且能够实现整点报时。

其中的FPGA技术就是本次试验的亮点之一，其设计易于学习，各个模块分工清晰，在模拟软件上很容易运行，还能够适配于许多种环境，因此总体的系统性能指标还是相当有保证的。

关键词:数字钟；FPGA；Verilog HDL；Quartus1.1 课题研究背景在现代社会，数据集成电路已广泛运用于日常日常生活的各行各业。

数据集成电路也在不停拆换。

从起初的整流管、电子管、大中小型集成电路发展趋势为具备特大型集成电路和独特作用的各类专用型集成电路。

可是，因为微电子技术科技进步的迅猛发展，集成电路设计方案和生产制造工作中再也不会由半导体生产商独立担负。

系统软件室内设计师更喜欢立即设计方案专用型集成电路(ASIC)处理芯片，并马上资金投入具体运用，因而发生了当场可编程逻辑机器设备(FPLD)，在其中应用最普遍的是当场可编门阵列(FPGA)。

数字钟是一种选用数字电路设计技术性完成时、分、秒计时的装置，在完成数据与此同时表明时、分、秒的准确时间和精确校正时，体积小、重量轻、抗干扰能力强、对自然环境需要高、高精密、易于开发设计等与在办公系统系统软件等众多行业运用非常普遍的传统式表壳式机械手表对比，数字表更精确、形象化，因为沒有机械设备装置，使用期限长。

1.2 国内外研究现状近些年来已经有许多技术人员针对电子器件以及时钟等技术进行了研究，但真正意义上的数字钟表起源于50年代或60年代。

伴随着在我国数字钟表电源电路销售市场的迅速发展趋势，尤其是十二五阶段经济发展方法这一领土主权主旋律早已明确，与之有关的关键生产制造技术运用和产品研发将变成领域公司关心的焦点。

基于FPGA的数字式秒表一、设计任务及要求秒表由于其计时精确，分辨率高（0.01 秒），在各种竞技场所得到了广泛的应用，本次设计的任务就是设计一个基于FPGA 的数字式秒表。

1、基本要求：（1）性能指标：秒表的分辨率为0.01 秒，最长计时时间为99.99 秒；（2）设置启/停开关和复位开关（计数控制器）：启/停开关S1 的使用方法与传统的机械计时器相同，即按一下启/停开关，启动计时器开始计时，再按一下启/停开关计时终止。

复位开关S2 用来使计时器清0，复位开关可以在任何情况下使用，即使在计时过程中，只要按一下复位开关，计时进程应立即终止，并对计时器清零。

（开关按下为0，弹起为1）。

（3）秒表的计时基准信号：以周期为0.01 秒（频率100HZ）的计时脉冲作为一个比较精准的计时基准信号输入到0.01 秒位计数器的时钟端；在设计中采用分频器把1000HZ 的时钟信号转换为100HZ 的计时基准信号，其分频系数为10。

（4）数码管动态显示：七段数码管采用动态扫描的方式显示，扫描需要一个比较高频率的信号，本次设计选用1000HZ 。

为了得到1000Hz 信号，必须对输入的时钟信号50MHZ 进行分频。

显示模块共用11 个管脚，其中8 个用于连接8 个数码管的七段LED，还有 3 个管脚用于选择点亮哪个数码管，每隔很短的一段时间8 个数码管交替点亮，依次循环，动态显示，由于人眼的视觉残留，可以观察到连续的测量计数器的计数值。

上电后，八个数码管中左边四个显示自己的学号后四位，在运行过程中一直不变；右边四个显示计时时间，范围0000~9999，利用两个按钮S1、S2 控制计时。

2、提高要求：加入小数点，计时数码管显示范围00.00~99.99。

二、系统原理框图三、电路实现Array四、功能模块1、分频器（以10分频器为例）（1）Verilog HDL语言程序module fp10(Clk,Out);input Clk;output Out;reg Out;reg [3:0] Cout;reg Clk_En;initialOut<=0;always @(posedge Clk )beginCout <= (Cout == 4'd10) ? 4'd0 : (Cout + 4'd1);Clk_En <= (Cout >= 4'd5) ? 1'd1 : 1'd0;Out<=Clk_En;endEndmodule（2）模块化电路（3）波形仿真由波形仿真图可以看出，10分频器将1000Hz的脉冲分频成100Hz的脉冲。

毕业论文（设计）题目：基于FPGA的数字时钟设计目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1研究问题背景和现状 (1)1.2研究目的及意义 (1)1.3设计内容及目标 (2)1.3.1研究内容 (2)1.3.2研究目标 (2)2 系统设计方案 (3)2.1控制方案的选择 (3)2.2时钟电路的选择 (3)2.3校时控制电路的选择 (3)2.4显示电路的选择 (4)3 系统电路总体设计 (5)3.1系统设计总体框图 (5)3.2电源供电电路设计 (5)3.2.1外围电路电源设计 (5)3.2.2芯片电源电路设计 (6)3.2.3电源滤波电路 (6)3.3 FPGA芯片及其引脚 (7)3.4 JTAG下载配置电路设计 (8)3.5 时钟信号电路设计 (9)3.6 复位电路 (9)3.7 键盘电路设计 (10)3.8人机显示电路 (11)3.9 整点报时电路设计 (11)4 FPGA内部程序设计 (12)4.1 分频器的程序设计 (12)4.2 秒计数器程序设计 (14)4.3 分计数器程序设计 (16)4.4 小时计数器程序设计 (17)4.5 日计数器程序设计 (17)4.6 月计数器程序设计 (18)4.7 年计数器程序设计 (19)4.8 键盘控制程序设计 (20)4.9 LCD1602程序设计 (21)4.10 顶层文件设置及编译下载 (22)5 总结 (23)5.1 结论 (23)5.2 设计中遇到的问题 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录： (26)附录1 最小系统及配置电路图 (26)附录2 系统外围电路图 (27)附录3 系统设计程序 (28)附录4 顶层原理图及引脚设置 (45)基于FPGA的数字时钟设计摘要利用FPGA器件设计数字电路，不仅可以将时钟的硬件电路和设计流程简化，而且可以减小本设计系统的前期成本与模块体积，提高了系统的稳定性，缩短设计周期。

基于FPGA的数字电子钟系统设计摘要随着电子技术的飞速发展，现代电子产品渗透到了社会的各个领域，并有力地推动着社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。

在现代电子技术中，可编程器无疑是扮演着重要角色。

现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器，其灵活的可编程逻辑可以方便的实现高速数字信号处理。

它突破了并行处理、流水级数的限制，具有反复的可编程能力，从而有效的地利用了片上资源，加上高效的硬件描述语言(VHDL)，从而为数字系统设计提供了极大的方便。

本文较系统地介绍了FPGA的基本结构、基本原理、功能特点及其应用；阐述了数字系统设计的基本思想及设计流程，同时，也概述了FPGA在数字系统设计中的作用，基于FPGA的数字系统设计方法和流程；简要介绍了VHDL语言的发展历程，VHDL语言的功能特点等。

本文的主要内容是根据上述原理和方法设计一个电子钟系统，目的在于通过该系统的功能，体现出FPGA在数据处理中的应用。

该电子钟系统功能齐全，设计思路清晰。

系统程序基于VHDL语言，采用模块化设计方法。

系统设计包含8个子程序模块：分频组件、六十进制计数器组件、二十四进制计数器组件、闹钟设定组件、校时组件、i60BCD组件、i24BCD组件、以及二进制转换成七段码组件。

每个子程序均经过EDA 工具仿真，并附有仿真图，最后将各模块组装为一个整体——电子钟。

-关键词电子设计自动化；现场可编程门阵列；硬件描述语言；电子钟-Digital Electronic Clock DesignBased on Technology of FPGAAbstractWith the rapid development of electronic technology, modern electronic products , also increased. In modern electronic technology, the programmable logic devices play a key role.Field programmable gate arrays (FPGA), a new type of programmable device, is developing rapidly recent years.It introduced the concept of flexible programmable logic, which can realize -chip resources, coupled with efficient language VHDL, so as to design digital systems conveniently. This article introduces a system of the basic structure of the FPGA, the basic principle of features and applications; expounded on the basic design of digital systems thinking and design process, at the same time, also outlined the FPGA in the design of digital systems, FPGA-based digital system design methods and processes; gave a briefing on the development of VHDL language, VHDL language and other features.The main work is based on the principles and methods, design an electronic clock system to the adoption of the system, embodied in the FPGA data processing of applications. The electronic clock system is fully functional, designed clear ideas. Based on VHDL system procedures, The system is modular in design methods. It includes 8 sub-system design process modules：frequency division system, 60 M counter system,24 M-counter system,Alarm clock settings system, timing system, i60BCD system, i24BCD system, and convert binary into Seven-Segment code system. each subroutine simulated by EDA tools, with a simulation map. The modules will be the final assembly as a whole - the electronic clock.Key words EDA;FPGA; VHDL; Electronic clock-目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2可编程器件的发展历程 (1)1.2.1早期的可编程器件——PLD (2)1.2.2高级可编程器件FPGACPLD (3)1.3国内外研究现状 (4)1.4本文主要内容 (5)第2章FPGA基本结构及数字系统设计原理 (6)2.1 FPGA的基本结构及工作原理 (6)2.1.1基于查找表结构的FPGA (8)2.1.2查找表结构的FPGA逻辑实现原理 (8)2.1.3 FPGA的工作原理 (9)2.2数字系统设计概述 (9)2.2.1数字系统的组成 (10)2.2.2数字系统设计方法 (10)2.2.3数字系统设计的一般过程 (11)2.3本章小结 (12)-第3章数字电子钟功能模块设计 (13)3.1数字系统设计中的FPGA (13)3.1.1 FPGA在数字系统设计中的作用 (13)3.1.2基于FPGA的应用系统设计 (13)3.2数字系统设计的重要工具——VHDL (16)3.2.1 VHDL语言的特点 (16)3.2.2基于VHDL的系统设计流程 (17)3.3电子钟主要功能模块设计 (18)3.3.1分频模块 (18)3.3.2六十进制计数器模块 (19)3.3.3二十四进制计数器模块 (20)3.3.4校时模块 (22)3.3.5 BCD七段显示译码器 (23)3.4本章小结 (23)第4章电子钟模拟仿真及其分析 (24)4.1系统设计的总体思路 (24)4.2各功能模块仿真分析 (25)4.2.1 分频组件 (25)4.2.2 六十进制计数器组件 (25)4.2.3 二十四进制计数器组件 (26)4.2.4 闹钟设定组件 (26)4.2.5 校时组件 (27)4.2.6 i60BCD组件 (28)4.2.7 i24BCD组件 (29)4.2.8 二进制转换成七段码组件 (30)4.3数字电子钟功能仿真图 (30)4.4采用FPGA设计优势分析 (33)4.5本章小结 (34)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A (38)附录B (43)附录C (47)附录D (48)第1章绪论1.1课题背景和意义20世纪70年代，随着中小规模集成电路的开发应用，传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法已无法满足设计的精度和效率的要求。