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EDA技术及应用课程设计任务书
一、设计题目
基于VHDL的电子秒表的设计
二、设计主要内容
设计一个电子秒表,给定时钟信号为256HZ,要求系统达到以下功能:
(1)用6个数码管分别显示时、分、秒, 计时范围为:00: 00: 00~ 23: 59:59。
(2)计时精度是1s。
(3)具有启/ 停开关, 复位开关, 可以在任何情况下使用。
三、原始资料
电子秒表的基本工作原理就是不断输出连续脉冲给加法计数器,加法计数器通过译码器来显示它所记忆的脉冲周期个数。
系统总体框图
根据系统设计要求, 系统的底层设计主要由六十进制计数器模块、二十四进制计数器模块、分频模块、LED显示模块组成。系统顶层设计图如图1所示
图1 系统顶层设计图
图1中左边为三个输入信号en,clk,reset,分别为启动/停止开关,时钟信号和复位开关。中间从上至下依次为count24,count60,count60,fenpinqi。右边是clock1和输出信号wei[3..0], led[6.0]。
2、模块功能设计
本系统由六十进制计数器模块、二十四进制计数器模块、分频模块执行计时功能, 输入信号是256 Hz,通过分频后为1hz,时钟信号是1 Hz 作为秒表的秒输入, 秒为60 进制计数器, 分也为60 进制计数器, 小时采用二十四进制计数器, 各级进位作为高位的使能控制。
(1)六十进制计数器模块
设计一个八位的六十进制计数器模块,输入信号为en、reset、clk,分别为使能、复位和时钟信号,输出信号为qa[3…0]、qb[3…0]、rco,分别为低4位输出、高4位输出和进位位。
图2 六十进制计数器示意图
(2)二十四进制计数器模块
设计一个八位的二十四进制计数器模块,输入信号为en、reset、clk,分别为使能、复位和时钟信号,输出信号为qa[3…0]、qb[3…0],分别为低4位输出、高4位输出。
图3 二十四进制计数器示意图
(3)分频器模块
设计一个分频器,要求将输入256HZ的时钟信号分频为1HZ的时钟信号作为秒表的秒输入。输入信号为clk和rst,分别为时钟信号和复位信号,输出信号为clk_out,为分频器1HZ的时钟信号输出。
图4 分频器示意图
(4)LED显示模块
LED有着显示亮度高,响应速度快的特点,最常用的是七段式LED显示器,又称数码管。七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成,根据各管的亮暗组合成字符。
LED数码管的g~a七个发光二极管因加正电压而发亮,因加零电压而不能发亮,不同亮暗的组合就能形成不同的字形,这种组合称之为字形码(段码),如显示”0”,字形码为3fh。
图5 LED数码管结构图
数码管的接口有静态接口和动态接口。动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法,当循环显示频率较高时,利用人眼的暂留特性 ,看不出闪烁显示现象,这种显示需要一个接口完成字形码的输出(字形选择),另一接口完 成各数码管的轮流点亮(数位选择)。
将二十四进制计数器和2个六十进制计数器的输出作为LEDA显示模块的输入,在时钟信号的控制下通过此模块完成6个LED数码管的显示,输出信号为WEI[2…0]和LED[6…0],分别为位选信号和段码输出。
图6 LED显示示意图
四、要求的设计成果
答辩时需调通各个模块的程序;各部分模块完成后, 用Quartus 对程序编译、仿真;得出系统仿真波形,包括各模块仿真波形及顶层仿真波形。
课程设计报告中需完成系统的设计要求,软件部分需要给出具体的代码,调试的部分要求撰写心得体会。
五、进程安排
序号
课程设计内容
学时分配
集中学生学习课程设计关键理论、明确设计任务及设计要求、指导学生分组、安排设计进度
0.5天
2
查阅、收集资料,拟定控制方案
0.5天
3
计数器程序编写及仿真调试
0.5天
4
分频器程序编写及仿真调试
0.5天
5
系统整体仿真调试
0.5天
6
按规范要求撰写课程设计说明书
2天
7
提交设计作品及设计说明书、答辩
0.5天
合计
5天
六、主要参考资料
[1] 杨晖.大规模可编程逻辑器件与数字系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,2010.
[2] 任爱锋.基于FPGA的嵌入式系统设计.西安: 西安电子科技大学出版社,2011.
[3] 杨恒.FPGA/CPLD最新实用技术指南.北京:清华大学出版社,2010.
[4] 王锁萍.电子设计自动化(EDA)教程.成都:电子科技大学出版社,2009.
[5] 路而红.电子设计自动化应用技术.北京:北京希望电子出版社,2009.
[6] 潘松.VHDL实用教程. 成都:电子科技大学出版社,2010.
指导教师(签名):
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