东北石油大学课程设计2012年6月10日东北石油大学课程设计任务书课程硬件课程设计题目数字钟设计专业主要内容、基本要求等一、主要内容：利用EL教学实验箱、微机和QuartusⅡ软件系统，使用VHDL语言输入方法设计数字钟。

可以利用层次设计方法和VHDL语言，完成硬件设计设计和仿真。

最后在EL教学实验箱中实现。

二、基本要求：1.具有时，分，秒，计数显示功能，以24小时循环计时。

2.具有清零功能。

三、扩展要求：1.调节小时、分钟功能。

2.整点报时功能，整点报时的同时LED灯花样显示。

四、参考文献：[1] 潘松，王国栋，VHDL实用教程〔M〕.成都:电子科技大学出版社，2000.(1)[2] 崔建明主编，电工电子EDA仿真技术北京：高等教育出版社，2004[3] 李衍编著，EDA技术入门与提高王行西安：西安电子科技大学出版社，2005[4] 侯继红, 李向东主编，EDA实用技术教程北京：中国电力出版社，2004[5] 沈明山编著，EDA技术及可编程器件应用实训北京：科学出版社，2004完成期限2周指导教师专业负责人2012年7 月 6 日东北石油大学课程设计成绩评价表指导教师：年月日摘要本文对EDA的概念，技术及其应用进行了概述并利用VHDL语言在EDA平台上设计一个电子数字钟，它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外还具有校时功能和闹钟功能。

总的程序由几个各具不同功能的单元模块程序拼接而成，并且使用Quartus7.2-II软件进行电路波形仿真，下载到EDA实验箱进行验证。

根据系统设计要求,系统设计采用自顶向下设计方法,由时钟分频部分、计时部分、按键部分调时部分和显示部分五个部分组成。

这些模块都放在一个顶层文件中。

首先下载程序进行复位清零操作,电子钟从00：00：00计时开始。

sethour可以调整时钟的小时部分, setmin可以调整分钟,步进为1。

用6位数码管分别显示“时”、“分”、“秒”,通过OUTPUT( 6 DOWNTO 0 )上的信号来点亮指定的LED七段显示数码管。

手动调节分钟、小时，可以对所设计的时钟任意调时间，这样使数字钟真正具有使用功能。

我们可以通过实验板上的键7和键4进行任意的调整，因为我们用的时钟信号均是1HZ的，所以每LED灯变化一次就来一个脉冲，即计数一次。

reset为复位键，低电平时实现清零功能，高电平时正常计数。

可以根据我们自己任意时间的复位。

关键词：EDA（电子设计自动化）；VHDL（硬件描述语言），数字钟。

目录第1章概述 (1)1.1EDA的概念 (1)1.2EDA的工作平台 (2)第2章数字钟的系统分析 (4)2.1设计目的 (4)2.2功能说明 (4)2.3性能指标及功能设计 (4)2.4总体方框图 (5)第3章数字钟的工作原理及其设计 (6)3.1数字钟的基本工作原理： (6)3.2设计思路 (7)第4章VHDL源程序 (8)4.1A LERT模块 (8)4.2H OUR模块 (9)4.3M INUTE模块 (10)4.4S ECOND模块 (11)第5章数字钟的测试与运行 (13)5.1工程建立及存盘 (13)5.2工程项目的编译 (13)5.3目标芯片的选择 (14)5.4时序仿真 (15)5.5引脚锁定 (17)5.6件测试 (17)5.7实验结果 (19)结论 (20)参考文献 (21)第1章概述1.1 EDA的概念EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的[1]。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度[2]。

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。

本次毕业设计课题实现的核心技术即为EDA相关技术[3]。

1.1.1设计方法(1) 前端设计(系统建模RTL级描述)后端设计(FPGAASIC)系统建模。

(2) IP复用。

(3) 前端设计。

(4) 系统描述：建立系统的数学模型。

(5) 功能描述：描述系统的行为或各子模块之间的数据流图。

(6) 逻辑设计：将系统功能结构化，通常以文本、原理图、逻辑图、布尔表达式来表示设计结果。

(7) 仿真：包括功能仿真和时序仿真，主要验证系统功能的正确性及时序特性。

1.1.2 EDA技术及应用EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。

在教学方面，几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了EDA课程。

主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。

一般学习电路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统），为今后工作打下基础[4]。

而且电子设计技术的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。

EDA技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段。

70年代为计算机辅助设计（CAD）阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。

80年代为计算机辅助工程（CAE）阶段。

与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。

CAE的主要功能是：原理图输人，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。

90年代为电子系统设计自动化（EDA）阶段[3]。

如今从应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各业，包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA应用。

另外，EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。

如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域[6]。

中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PCB制板和小型ASIC领域，仅有小部分（约11%）的设计人员开发复杂的片上系统器件。

为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要引进和学习一些最新的EDA技术。

在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点[7]。

要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺（CAPP）、计算机机辅助制造（CAM）、产品数据管理（PDM）、制造资源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。

有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。

开展“数控化”工程和“数字化”工程。

自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。

在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面发展[8]。

1.2 EDA的工作平台1.2.1 EDA硬件工作平台1.计算机。

2.EDA实验开发系统：EDA-V。

1.2.2 EDA 的软件工作平台PLD（Programmable Logic Device）是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路[9]。

目前主要有两大类型：CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。

它们的基本设计方法是借助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或下载电缆，由目标器件实现。

生产PLD的厂家很多，但最有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx和Lattice 公司[10]。

第2章数字钟的系统分析2.1设计目的1.掌握多位计数器相连的设计方法。

2.掌握十进制，六进制，二十四进制计数器的设计方法。

3.继续巩固多位共阴极扫描显示数码管的驱动，及编码。

4.掌握扬声器的驱动。

5.LED灯的花样显示。

6.掌握CPLD技术的层次化设计方法。

2.2功能说明1.有时、分、秒计数显示功能,小时为24进制,分钟和秒为60进制以24小时循环计时。

2.设置复位、清零等功能。

3.有校时功能,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间。

4.时钟计数显示时有LED灯显示。

2.3性能指标及功能设计1.时、分、秒计时器时计时器为一个24进制计数器，分、秒计时器均为60进制计数器。

当秒计时器接受到一个秒脉冲时，秒计数器开始从1计数到60，此时秒显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当秒计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至分计时器，此时分计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当分计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至时计时器，此时时计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、23、00。

即当数字钟运行到23点59分59秒时，当秒计时器在接受一个秒脉冲，数字钟将自动显示00点00分00秒。

2.校时电路当开关拨至校时档时，电子钟秒计时工作，通过时、分校时开关分别对时、分进行校对，开关每按1次，与开关对应的时或分计数器加1，当调至需要的时与分时，拨动reset开关，电子钟从设置的时间开始往后计时。

2.4总体方框图图2-1总体框图第3章数字钟的工作原理及其设计3.1数字钟的基本工作原理：3.1.1时基T 产生电路数字钟以其显示时间的直观性、走时准确性作为一种计时工具，数字钟的基本组成部分离不开计数器，在控制逻辑电路的控制下完成预定的各项功能。