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1、精品文檔，僅供學習與交流，如有侵權請聯(lián)系網站刪除 課 程 設 計 說 明 書 題目： 鬧鐘 學院（系）： 年級專業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 目 錄 第1章 摘要…………………………………………………………………………………1 第2章 設計方案…………………………………………………………………………… 2.1 VHDL簡介…………………………………………………………………………… 2.2 設計思路…………………………………………………………………………… 第3章 模塊介紹…

2、………………………………………………………………………… 第4章 Verilog HDL設計源程序………………………………………………………… 第5章 波形仿真圖………………………………………………………………………… 第6章 管腳鎖定及硬件連線……………………………………………………………… 心得體會 ……………………………………………………………………………………17 參考文獻 ……………………………………………………………………………………18 第一章 摘要 在當今社會，數(shù)字電路產品的應用在我們的實際生活中顯得越來越重要，與我們的生活聯(lián)系愈加緊密，例如計算機、儀表

3、、電子鐘等等，使我們的生活工作較以前的方式更加方便、完善，帶來了很多的益處。 在此次EDA課程，我的設計課題是鬧鐘，使用VHDL語言進行編程完成。報告書主要由設計方案、模塊介紹、設計源程序、仿真波形圖和管腳鎖定及硬件連線四部分組成。設計方案主要介紹了我對于設計課題的大致設計思路，之后各個部分將會詳細介紹設計組成及程序。 第二章 設計方案 §2.1 VHDL簡介 數(shù)字電路主要是基于兩個信號（我們可以簡單的說是有電壓和無電壓），用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進行算術運算和邏輯運算的電路我們稱之為數(shù)字電路，它具有邏輯運算和邏輯處理等功能，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。 EDA

4、技術，就是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具，通過有關的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或專用集成芯片的一門新技術。 利用EDA技術進行電子系統(tǒng)的設計，具有以下幾個特點：① 用軟件的方式設計硬件；② 用軟件方式設計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉換是由有關的開發(fā)軟件自動完成的；③ 設計過程中可用有關軟件進行各種仿真；④ 系統(tǒng)

5、可現(xiàn)場編程，在線升級；⑤ 整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技術是現(xiàn)代電子設計的發(fā)展趨勢。 EDA技術伴隨著計算機、集成電路、電子系統(tǒng)設計的發(fā)展，經歷了計算機輔助設計(Computer Assist Design，簡稱CAD)、計算機輔助工程設計(Computer Assist Engineering Design，簡稱CAE)和電子設計自動化(Electronic Design Automation，簡稱EDA)三個發(fā)展階段。 常用的硬件描述語言有VHDL、Verilog、ABEL。 EDA技術是隨著集成電路和計算機技術的飛速發(fā)展應運而生的一種高級、快速

6、、有效的電子設計自動化工具。它是為解決自動控制系統(tǒng)設計而提出的，從70年代經歷了計算機輔助設計（CAD），計算機輔助工程（CAE），電子系統(tǒng)設計自動化（ESDA）3個階段。前兩個階段的EDA產品都只是個別或部分的解決了電子產品設計中的工程問題；第三代EDA工具根據(jù)工程設計中的瓶頸和矛盾對設計數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，并提出了并行設計環(huán)境概念，提供了獨立于工藝和廠家的系統(tǒng)級的設計工具。EDA關鍵技術之一就是采用硬件描述語言對硬件電路進行描述，且具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。目前應用比較廣泛的硬件描述語言就是Verilog HDL。 2 Verilog HDL簡介 Verilog HDL是目前大規(guī)模

7、集成電路設計中最具代表性、使用最廣泛的硬件描述語言之一。 具有如下特點： （1） 能夠在不同的抽象層次上，如系統(tǒng)級、行為級、RTL級、門級和開關級，對設計系統(tǒng)進行精確而簡練的描述。 （2）能夠在每個抽象層次的描述上對設計進行仿真驗證，及時發(fā)現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)可能存在的錯誤，縮短設計周期，并保存整個設計過程的正確性。 （3）由于代碼描述與工藝過程實現(xiàn)無關，便于設計標準化，提高設計的可重用性。如國有C語言的編程基礎經驗，只需很短的時間就能學會和掌握Verilog HDL，因此，Verilog HDL可以作為學習HDL設計方法的入門和基礎。 §2.2 設計思路 一、設計要求 1、設計簡易的一分

8、鐘鬧鐘； 2、可手動輸入定時時間（0~59s），如30s； 3、兩個動態(tài)數(shù)碼管上跟蹤顯示時間的變化：如30，29，28……到了指定時間蜂鳴器發(fā)出5s的提示音； 4、采用2個動態(tài)數(shù)碼管顯示時間； 5、用蜂鳴器發(fā)出提示音； 6、撥碼開關設置定時時間。 二、設計思路 根據(jù)上述的設計要求，整個系統(tǒng)大致包括如下幾個組成部分：它包括以下幾個組成部分：1） 顯示屏，由2個七段動態(tài)數(shù)碼管組成，用于顯示當前設置的鬧鐘時間并進行跟蹤顯示；2)6個撥碼開關，用于輸入鬧鐘時間；3)復位鍵，確定新的鬧鐘時間設置，或顯示已設置的鬧鐘時間；4)蜂鳴器，在當前時鐘時間與鬧鐘時間相同時，發(fā)出報警聲。 第三章 模

9、塊介紹 一、計時模塊 此模塊共有6個撥碼開關作為輸入信號，當開關無輸入時，都處于低電平狀態(tài)，D5、D4、D3、D2、D1和D0是并行數(shù)據(jù)輸入端，CRN是異步復位輸入端，LDN是預置控制輸入端。當開關有輸入時，會產生一個六位的二進制輸出信號num，此信號表示動作的開關序號，它是作為動態(tài)顯示模塊的輸入信號。 二、數(shù)碼顯示模塊 這個模塊有兩個輸入信號和兩個輸出信號。其中一個是信號輸入模塊的輸出num作為輸入，另外一個是時鐘輸入端，作為掃描數(shù)碼管的頻率信號，采用1024HZ的中高頻信號。輸出信號為SS0、SS1、SS2，是動態(tài)數(shù)碼管的片選段。 三、報警模塊 報警模塊共有兩個輸入信號ET和C

10、LK1，一個輸出信號COUT。當從信號輸入模塊檢測到有開關輸入時，ET信號已置1，CLK上升沿到來時，程序將COUT置1，蜂鳴器發(fā)出時間為10s的報警信號，時間到達后，跳出循環(huán)，蜂鳴器停止報警。 四、頂層模塊 頂層模塊的作用是將各個模塊組合到一起，從而實現(xiàn)最終的功能。其輸入即為各個模塊的輸入，一個時鐘信號，還有6個撥碼開關的輸入，其輸出為數(shù)碼管顯示和報警器。 第四章Verilog HDL設計源程序 一、計時模塊 module counter(LDN,D5,D4,D3,D2,D1,D0,CLK,CRN,Q,OC); input LDN,D5,D4,D3,D2,D1,D0,CLK,CR

11、N; output[5:0] Q; output OC; reg OC; reg[5:0] Q; reg[5:0] Q_TEMP; reg[3:0] NUM; always@(posedge CLK or negedge CRN) begin if(~CRN) Q_TEMP=6'b000000; else if(~LDN) begin Q_TEMP={D5,D4,D3,D2,D1,D0}; NUM=4'b0000; end else if(Q_TEMP<6'b111100&&Q_TEMP>6'b000000) begin if(NUM<4'b1000&&

12、NUM>=4'b0000) NUM=NUM+1; else NUM=4'b0001; if(NUM==4'b1000) Q_TEMP=Q_TEMP-1; end else Q_TEMP=6'b000000; end always begin if(Q_TEMP==6'b000000&&LDN) OC=1'b1; else OC=1'b0; Q=Q_TEMP; end endmodule 二、數(shù)碼顯示模塊 module showtime(A,Q,CLKM,SS0,SS1,SS2); input[5:0] A; input CLKM; output[6:0]

13、 Q; output SS0,SS1,SS2; reg[6:0] Q; reg SS0,SS1,SS2; reg M; reg[5:0] B; reg[5:0] C; always@(posedge CLKM) begin M=M+1; end always begin if(A<='b001001) begin B=A; C=0; end else if(A>'b001001&&A<='b10011) begin B=A-10; C=1; end else if(A>'b10011&&A<='b11101) begin B=A-20; C=

14、2; end else if(A>'b11101&&A<='b100111) begin B=A-30; C=3; end else if(A>'b100111&&A<='b110001) begin B=A-40; C=4; end else if(A>'b110001&&A<='b111011) begin B=A-50; C=5; end else if(A=='b111100) begin B=0; C=6; end if(M=='b1) begin SS0=1;SS1=0;SS2=0; case(B) 'b000000:Q='b01

15、11111; 'b000001:Q='b0000110; 'b000010:Q='b1011011; 'b000011:Q='b1001111; 'b000100:Q='b1100110; 'b000101:Q='b1101101; 'b000110:Q='b1111101; 'b000111:Q='b0000111; 'b001000:Q='b1111111; 'b001001:Q='b1101111; default:Q='b0111111; endcase end else if(M=='b0) begin SS0=0;SS1=0;SS2=0; case(

16、C) 'b000000:Q='b0111111; 'b000001:Q='b0000110; 'b000010:Q='b1011011; 'b000011:Q='b1001111; 'b000100:Q='b1100110; 'b000101:Q='b1101101; 'b000110:Q='b1111101; default:Q='b0111111; endcase end end endmodule 三、報警模塊 module speaker(CLK1,ET,COUT); input CLK1,ET; output COUT; reg COUT; reg

17、[5:0] TEMP; always@(posedge CLK1) begin if(~ET) TEMP=6'b000000; else if(TEMP<6'b101001&&TEMP>=6'b000000) TEMP=TEMP+1; else TEMP=6'b101001; end always begin if(TEMP<6'b101001&&TEMP!=6'b000000) COUT=1'b1; else COUT=1'b0; end endmodule 四、頂層模塊 module timer(LDN,D5,D4,D3,D2,D1,D0,CLK,CRN,CL

18、K1,COUT,LED,SS0,SS1,SS2,CLKM); input LDN,D5,D4,D3,D2,D1,D0,CLK,CRN,CLK1,CLKM; output[6:0] LED; output COUT,SS0,SS1,SS2; wire X6; wire[5:0] X; counter u1(.LDN(LDN),.D5(D5),.D4(D4),.D3(D3),.D2(D2),.D1(D1),.D0(D0),.CLK(CLK),.CRN(CRN),.Q(X[5:0]),.OC(X6)); showtime u2(.A(X[5:0]),.Q(LED[6:0]),.CLK

19、M(CLKM),.SS0(SS0),.SS1(SS1),.SS2(SS2)); speaker u3(.CLK1(CLK1),.ET(X6),.COUT(COUT)); endmodule 第五章 波形仿真圖 一、計時模塊波形仿真圖 二、報警模塊波形仿真圖 三、頂層模塊波形仿真圖 第六章 管腳鎖定及硬件連線 一、管腳鎖定 CLK>chip=timer;Input Pin=75 CLKM>chip=timer:Input Pin=83 CLK1> chip=timer;Input Pin=85 COUT> chip=timer;Output Pin=38 CRN> ch

20、ip=timer;Input Pin=39 DO> chip=timer;Input Pin=53 D1> chip=timer;Input Pin=47 D2> chip=timer;Input Pin=46 D3> chip=timer;Input Pin=45 D4> chip=timer;Input Pin=44 D5> chip=timer;Input Pin=41 LDN> chip=timer;Input Pin=40 LED0> chip=timer;Output Pin=173 LED1> chip=timer;Output Pin=174 LED2> c

21、hip=timer;Output Pin=175 LED3> chip=timer;Output Pin=176 LED4> chip=timer;Output Pin=177 LED5> chip=timer;Output Pin=179 LED6> chip=timer;Output Pin=187 SSO> chip=timer;Output Pin=191 SS1> chip=timer;Output Pin=192 SS2> chip=timer;Output Pin=193 引線說明：撥碼開關使用數(shù)字開關組A，需外接引線。 心得體會 通過這次設計，初步對EDA有

22、一個了解。 出于沒有學習過這門課程，所以再課程設計開始時對于EDA就是一無所知。課程設計之初是做了一個簡單的培訓，關于軟件和硬件的設計，算是入門訓練吧。通過前兩天的課程講解，我對其有了初步的了解。之后就開始按照指導書中的例題就行練習，仿真，有進一步的掌握后就開始了自己的課程設計。由于我C++程序設計知識不扎實，所以導致這次軟件設計困難重重，也讓我明白了在這個領域知識的串聯(lián)是非常普遍的，學好學扎實是我們必須要做到的要求。 通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能提高自己的實際動手能力。在設計的過程中，可以說得是困難重重，但這畢竟第一次做，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。 在此還需要感謝鄭兆兆老師和呂宏詩老師耐心的指導與幫助，使課設能夠更加順利的完成。 參考文獻 1、 閻石主編. 《數(shù)字電子技術基礎》(第五版).高等教等育出版社.2006.5，168-175頁 ； 2、 李國麗、朱維勇、何劍春主編 《EDA與數(shù)字系統(tǒng)設計》（第2版）.機械工業(yè)出版社.2009.3,105-146頁 【精品文檔】第 12 頁