FPGA课程设计

郑州轻工业学院

课程设计说明书

题目：基于FPGA的电子钟设计

姓名：事实上

院（系）：电子信息工程学院

专业班级：电子信息工程14-2

学号：1654165416565

指导教师：蔡超峰

成绩：

时间：2017 年 6 月19 日至2017 年 6 月25 日

郑州轻工业学院

课程设计任务书

题目基于FPGA的电子钟设计

专业、班级电子信息工程14-2 学号 541401056514姓名***

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

要求学生使用VHDL语言设计一个显示时（2位）、分（2位）、秒（2位）的6个数字的多功能电子钟。该电子钟既可以作为闹钟，也可以作为计时器。系统的时钟频率为1024Hz，要求给出复位键、报警键、调整时钟等按键设计。基本要求：

1、掌握FPGA的程序设计方法。

2、掌握硬件描述语言语法。

3、给出设计思路与框图

4、程序设计完成后要求在软件中实现功能仿真。

主要参考资料：

1、周润景.基于QuartusⅡ的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M].电子工业

出版社.2007,8

2、林明权马维旻VHDL数字控制系统设计范例.电子工业出版社2003,1

3、褚振勇. FPGA设计及应用（第三版）[M].西安电子科技大学出版社.2012,4

完成期限：2017.6.19—2017.6.25

指导教师签名：

课程负责人签名：

2017年6月18日

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EDA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，VHDL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电子钟功能，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

1 绪论 (5)

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 (7)

2.1 FPGA简介 (7)

2.1.1 FPGA概述 (7)

2.1.2 FPGA基本结构 (7)

2.1.3 FPGA系统设计流程 (8)

2.1.4 FPGA开发编程原理 (9)

2.2 QuartusII设计平台 (9)

2.2.1 软件开发环境及基本流程 (9)

2.2.2 软件的具体设计流程 (10)

3 总体设计方案 (11)

4 软件设计与功能实现 (12)

4.1 分频模块功能的软件设计与实现 (12)

4.2 计时校时模块功能的软件设计与实现 (13)

4.3 整点报时模块功能的软件设计与实现 (13)

4.4 扫描译码显示模块功能的软件设计与实现 (13)

4.5 顶层模块功能的软件设计与实现 (14)

5 系统功能调试及分析 (14)

6 结论 (15)

参考文献 (16)

1 绪论

现代社会的标志之一就是信息产品的广泛使用，而且是产品的性能越来越强，复杂程度越来越高，更新步伐越来越快。支撑信息电子产品高速发展的基础就是微电子制造工艺水平的提高和电子产品设计开发技术的发展。前者以微细加工技术为代表，而后者的代表就是电子设计自动化（electronic design auto matic,EDA）技术。

ASIC是专用的系统集成电路，是一种带有逻辑处理的加速处理器。而FPG A是特殊的ASIC芯片，与其他的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检测等优点。本设计采用的VHDL语言是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计；支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述、覆盖面广、抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛。

数字化的钟表给人们带来了极大的方便。近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。而基于FPGA的数字钟设计能极大的扩展其功能。

1.1 研究背景

当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。它与传统的电子产品在设计上的显著区别是大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低。同时广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。

EDA是电子设计自动化（Elcctronic Design Automation）的缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设备），CAM(计算机辅助制造)，CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言VHDL完成设计文件，自动的完成逻辑编译，化简，分割，综合及优化，布局布线，仿真以及对特定目标芯片的适配编译和编程下

载等工作。典型的EDA工具中必须包含两个特殊的软件包，即综合器和适配器。

综合器的功能就是将设计者在EDA平台上完成的针对某个系统项目的VH DL原理图或状态图形描述，针对给定的硬件系统组件，进行编译，优化，转换和综合，最终获得我们将实现的功能的描述文件。综合器在工作前，必须给定要实现的硬件结构参数，它的功能就是将软件描述与给定的硬件结构用一定的方式联系起来，也就是说综合器是软件描述与硬件实现的一座桥梁。综合过程就是将电路的高级语言描述转换成低级的，可与目标器件CPLD相映射的网表文件。适配器的功能是将由综合器产生的网表文件配置与指定的目标器件中，产生最终的下载文件。适配器所选的目标器件（CPLD芯片）必须包含于在综合器中已指定的目标器件系列。

本次数字钟设计利用VHDL硬件描述语言和图形输入相结合的编程方式，并通过可编程逻辑器件FPGA进行硬件设计，用LED数码管动态显示计时结果。数字钟可以由各种技术实现，如单片机等。利用可编程逻辑器件具有其他方式没有的特点，它具有成功率高，理论与实践结合紧密，体积小，容量大，I/O口丰富，易编程和加密等特点，并且它还具有开放的界面，丰富的设计库，模块化的工具等优良性能，应用非常方便。因此，本设计采用可编程逻辑器件FPG A来实现。

1.2 研究目的

现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。

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、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。

1.3 研究方法和内容

本设计主要研究基于FPGA的数字钟，采用EDA作为开发工具，VHDL语言和图形输入为硬件描述语言，采用自顶向下的设计思想，QuartusII软件作为运行程序的平台。设计的数字钟时间以24小时为一个周期,用LED数码管动态

显示时、分、秒。具有清零和整点报时功能，可以对小时，分钟进行单独校对，使其校正到标准时间。校对时间由按键进行控制，为了保证计时的稳定及准确，须由晶体振荡器提供时间基准信号并经分频得到。

2 本软件开发环境

2.1 FPGA简介

2.1.1 FPGA概述

FPGA是现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)的简称，与之相应的CPLD是复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device)的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件CPLD/FPGA。CPLD/FPGA几乎能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路。它如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入或硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真可以事先验证设计的正确性，在PCB完成以后，利用CPLD/F PGA的在线修改功能，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用CPLD/FPGA开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。这些优点使得CPLD/FPGA技术在20世纪90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言VHDL的进步。

2.1.2 FPGA基本结构

FPGA具有掩膜可编程门阵列的通用结构，它由逻辑功能块排成阵列，并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块来实现不同的设计。

FPGA一般由3种可编程电路和一个用于存放编程数据的静态存储器SRAM组成。这3种可编程电路是：可编程逻辑模块（CLB--Configurable Logic Block）、输入/输出模块（IOB--I/O Block）和互连资源（IR—Interconnect Resource）。可编程逻辑模块CLB是实现逻辑功能的基本单元，它们通常规则的排列成一个阵

列，散布于整个芯片；可编程输入/输出模块（IOB）主要完成芯片上的逻辑与外部封装脚的接口，它通常排列在芯片的四周；可编程互连资源包括各种长度的连接线段和一些可编程连接开关，它们将各个CLB之间或CLB、IOB之间以及IOB之间连接起来，构成特定功能的电路。

2.1.3 FPGA系统设计流程

一般说来，一个比较大的完整的项目应该采用层次化的描述方法：分为几个较大的模块，定义好各功能模块之间的接口，然后各个模块再细分去具体实现，这就是自顶向下的设计方法。目前这种高层次的设计方法已被广泛采用。高层次设计只是定义系统的行为特征，可以不涉及实现工艺，因此还可以在厂家综合库的支持下，利用综合优化工具将高层次描述转换为针对某种工艺优化的网络表，使工艺转化变得轻而易举。

CPLD/FPGA系统设计的工作流程如图1所示。

图1 CPLD/FPGA系统设计流程

2.1.4 FPGA开发编程原理

硬件设计需要根据各种性能指标、成本、开发周期等因素，确定最佳的实现方案，画出系统框图，选择芯片，设计PCB并最终形成样机。

CPLD/FPGA软件设计可分为两大块：编程语言和编程工具。编程语言主要是VHDL硬件描述语言；编程工具主要是两大厂家Altera和Xilinx的集成综合EDA 软件QuartusII以及第三方工具。具体的设计输入方式有以下几种：

1.VHDL语言。VHDL既可以描述底层设计，也可以描述顶层的设计，但它不容易做到较高的工作速度和芯片利用率。用这种方式描述的项目最后所能达到的性能与设计人员的水平、经验以及综合软件有很大的关系。

2.图形方式。可以分为电路原理图描述，状态机描述和波形描述3种形式。电路原理图方式描述比较直观和高效，对综合软件的要求不高。一般大都使用成熟的IP核和中小规模集成电路所搭成的现成电路，整体放到一片可编程逻辑器件的内部去，其硬件工作速度和芯片利用率很高，但是当项目很大时，该方法就显得有些繁琐；状态机描述主要用来设计基于状态机思想的时序电路。在图形的方式下定义好各个工作状态，然后在各个状态上输入转换条件以及相应的输入输出，最后生成HDL语言描述，送去综合软件综合到可编程逻辑器件的内部。由于状态机到HDL语言有一种标准的对应描述方式，所以这种输入方式最后所能达到的工作速度和芯片利用率主要取决于综合软件；波形描述方式是基于真值表的一种图形输入方式，直接描述输入与输出的波形关系。

2.2 QuartusII设计平台

2.2.1 软件开发环境及基本流程

本设计所用软件主要是QuartusII，在此对它做一些介绍。

QuartusII是Altera提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大的可编程逻辑器件供应商之一。QuartusII提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。

Altera公司的QuartusII 开发工具人机界面友好、易于使用、性能优良，并自带编译、仿真功能。QuartusII软件完全支持VHDL设计流程，其内部嵌有VH

DL逻辑综合器。QuartusII也可以利用第三方的综合工具，如FPGA Compiler I I，并能直接调用这些工具。同样，QuartusII具备仿真功能，同时也支持第三方的仿真工具。此外，QuartusII与MATLAB和DSP Builder结合，可以进行基于FPGA的DSP系统开发，是DSP硬件系统实现的关键EDA技术。

QuartusII包括模块化的编译器。编译器包括的功能模块有分析/综合器、适配器、装配器、时序分析器、设计辅助模块、EDA网表文件生成器、编辑数据接口等。可以通过选择Start Compilation来运行所有的编译器模块，也可以通过选择Start单独运行各个模块。在Compiler Tool窗口中，可以打开该模块的设置文件或报告文件，或者打开其它相关窗口。在设计输入之后，QuartusII的编译器将给出设计输入的错误报告。QuartusII拥有性能良好的设计错误定位器，用于确定文本或图形设计中的错误。在进行编译后，可对设计进行时序仿真。在仿真前，需要利用波形编辑器编辑一个波形激励文件。编译和仿真检测无误后，便可将下载信息通过QuartusII提供的编程器下载入目标器件中了。

2.2.2 软件的具体设计流程

1.建立工作库文件夹和编辑设计文件

首先建立工作库目录，以便存储工程项目设计文件。

任何一项设计都是一项工程（Project），都必须首先为此工程建立一个放置与此工程相关的所有设计文件的文件夹。此文件夹将被EDA软件默认为工作库。一般来说，不同的设计项目最好放在不同的文件夹中，而同一工程的所有文件都必须放在同一文件夹中。

2.创建工程

使用New Project Wizard可以为工程指定工作目录、分配工程名称以及指定最高层设计实体的名称，还可以指定要在工程中使用的设计文件、其它源文件、用户库和EDA工具，以及目标器件系列和具体器件等。

3.编译前设置

在对工程进行编译处理前，必须做好必要的设置。步骤如下：

a.选择FPGA目标芯片

b.选择配置器件的工作方式

c.选择配置器件和编程方式

d.选择输出设置

e.选择目标器件闲置引脚的状态

4.全程编译

QuartusII编译器是由一系列处理模块构成的，这些模块负责对设计项目的检错、逻辑综合、结构综合、输出结果的编辑配置，以及时序分析。在这一过程中，将设计项目适配到FPGA目标器中，同时产生多种用途的输出文件。编译器首先检查出工程设计文件中可能的错误信息，供设计者排除。然后产生一个结构化的以网表文件表达的电路原理图文件。

如果编译成功，可以见到工程管理窗口左上角显示了工程（例如工程div）的层次结构和其中结构模块耗用的逻辑宏单元数；在此栏下是编译处理流程，包括数据网表建立、逻辑综合、适配、配置文件装配和时序分析等；最下栏是编译处理信息；中栏式编译报告项目选择菜单，单击其中各项可以详细了解编译与分析结果。

5.时序和功能仿真

工程编译通过后，必须建立VWF文件对其功能和时序性质进行仿真测试，以了解设计结果是否满足原设计要求。可以自己设置输入信号，再由功能仿真出输出信号。这能在软件上实现硬件的功能，大大提高了硬件电路调试成功率。

6.编程下载

编程下载指将编程数据放到具体的可编程器件中去。如果以上所有的过程都没有发现问题，即满足设计要求，就可以将适配器产生的配置/下载文件通过FPGA编程器或下载电缆载入目标芯片FPGA中。对FPGA来说就是将数据文件“配置”到FPGA中去。

3 总体设计方案

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

图2所示为数字钟的一般构成框图。主要包括晶振电路、复位电路、按键电路、译码扫描和显示电路、报时电路。

图2 数字钟硬件构成框图

晶振电路产生稳定的10MHZ的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后经过软件分频10000次输出标准秒脉冲1HZ。秒计数器满60后向分计数器进位，分计数器满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律计数。计满后各计数器清零，重新计数。计数器的输出分别经译码器送数码管显示。计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。在控制信号中除了一般的校时信号外，还有时钟清零信号，可以使数字钟复位清零。控制信号由3个按键S1、S2、S3输入，分别实现校时、校分、复位清零功能。扫描译码显示电路由七段译码器完成，显示由8位数码管构成。

4 软件设计与功能实现

4.1 分频模块功能的软件设计与实现

晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，晶振的稳定度及频率的精度决定了

数字钟计时的准确程度，它保证了时钟的走时准确及稳定。

石英晶体的选频特性非常好，只有某一频率点的信号可以通过它，其它频率段的信号均会被它所衰减，而且，振荡信号的频率与振荡电路中的R、C元件的数值无关。因此，这种振荡电路输出的是准确度极高的信号。然后再利用分频电路，将其输出信号转变为秒信号，其组成框图如图3。

图3秒信号产生电路框图

本系统使用的晶振电路给数字钟提供一个频率稳定准确的10MHz的方波信号，其输出至分频电路。经分频后输出1HZ的标准秒信号CLK1HZ,用于秒信号，校时电路和报时电路。

4.2 计时校时模块功能的软件设计与实现

时间计数模块由60进制的秒计数，60进制的分计数和24进制的小时计数分别实现。当数字钟处于正常计数状态时,秒计数器对1Hz 的标准信号进行计数,在其进位输出信号作为分计数器的使能端,而分计数器的进位输出信号又作为时计数器的使能端。

数字钟除了正常计时外,通过两个按键S1，S2分别实现对小时、分钟的调整。这两个按键的作用,就是用来产生时计数器、分计数器的另一路使能信号按键使能信号.由于它们的基准信号都是1Hz ,故有按键使能信号时,它们会迅速增加,达到调整时间的目的。

4.3 整点报时模块功能的软件设计与实现

整点报时模块是根据秒、分的输出数值,与程序设定的时间作比较,当时间为59分55 秒、56 秒、57 秒、58 秒、59秒时,整点报时模块的LED灯控制信号有输出，LED灯闪烁。

4.4 扫描译码显示模块功能的软件设计与实现

动态扫描电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且输出数码管的片选信号和位选信号。所谓动态扫描显示方式是在显示某一

位LED显示块的数据的时候，让其它位不显示，然后在显示下一位的数据，同时关闭其他显示块。这样做可以使每一个显示块显示与自己相对应的数据。只要保证每一位显示的时间间隔不要太大，利用人眼的视觉暂留的现象，就可以造成各位数据同时显示的假象。

显示译码电路，选择八位七段数码管作为显示单元电路。计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到动态扫描模块，由译码电路将8421BC D码转换为七段码，再由数码管显示出来。

4.5 顶层模块功能的软件设计与实现

将分频模块，计时校时模块，报时模块和显示模块创建的符号文件在新建的顶层模块图形编辑文件中调用，进行模块符号间的连线，设置输入，输出引脚。编写好顶层模块后，进行编译仿真，验证程序的正确性。

5 系统功能调试及分析

本系统只含有FPGA自编程硬件设计电路，整个系统比较简单。因此在系统调试中采用自低向上的调试方法，也就是先进行各个单元模块的软件编译，在各个单元模块调试好后再把各个单元模块综合起来进行系统的整体的编译和功能仿真。数字钟系统的整体功能仿真波形图如下图4。功能仿真无误后，通过下载电缆将设计文件加载到目标器件——FPGA，通过控制按键观察LED显示是否达到数字钟的设计要求。

图4数字钟系统的整体功能仿真波形图

6 结论

本文提出了一种基于FPGA的数字钟设计方案，从硬件和软件两个方面详细地介绍了设计思想和过程，最终设计出了数字钟，将设计程序加载到实验箱上运行调试后，时、分、秒能够正常计数，并能由控制键分别校正时、分的显示，整点报时功能正常。最终结果与预期效果一致，完成了预期的设计任务。

论文取得了如下结果：

1.采用了FPGA芯片CycloneII系列EP2C35F672C8作为核心器件。设计的数字钟系统的硬件电路，能够完成数字钟的校时，计时，报时，显示等实时任务。

2.运用自顶向下的思想。将整个系统分成几个模块分别设计，再用顶层模块块将它们联系起来，实现数字钟整体的功能，降低了系统设计的难度。

3.采用了VHDL语言为主，图形输入为辅的编程方法。优点是编程方法灵活，而且编写的程序具有很好的移植性，同样适用于其他FPGA芯片的数字钟设计。

4.采用QuartusII软件进行编译和仿真，可以不管硬件而先进行软件的仿真，并能根据仿真结果分析设计存在的问题和缺陷，从而进行程序的调试和完善，这大大的提高了编程的成功率。

参考文献

[1] 廖日坤，CPLD/FPGA嵌入式应用开发技术白金手册，中国电力出版社，2003，212-218。

[2] 王开军,姜宇柏，面向CPLD/FPGA的VHDL设计,机械工业出版社,2006，28-65。

[3] 赵保经，中国集成电路大全，国防工业出版社,1985。

[4] 高吉祥，电子技术基础实验与课程设计，电子工业出版社，2002。

[5] 吕思忠，数子电路实验与课程设计，哈尔滨工业大学出版社，2001。

[6] 赵志杰，集成电路应用识图方法，机械工业出版社，2003，35-40。

[7] 张庆双，电子元器件的选用与检测，机械工业出版社，2003。

[8] 谭会生，张昌凡，EDA技术及应用，西安电子科技大学出版社,2002。

[9] 李可，数字钟电路及应用[M]，北京:电子工业出版社，1996。

附录

数字钟子模块程序

1.分频模块

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity FP is

port(clk: in std_logic;

clk1HZ: out std_logic);

end FP;

architecture behave of FP is

signal clk_count1: std_logic_vector(13 downto 0);

begin process(clk)

begin if(clk'event and clk='1')then

if(clk_count1<10000)then clk_count1<=clk_count1+1;

else clk_count1<="00000000000001";

end if;

end if;

end process;

clk1HZ<=clk_count1(13);

END BEHAVE;

2.计时校时模块

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity JS is

port(clkHZ: in std_logic;

clk: in std_logic;

rst: in std_logic;

s1, s2: in std_logic;

sec1,sec10,min1,min10,hour1,hour10: BUFFER INTEGER); end JS;

architecture behave of JS is

process(clkHZ,rst)

begin if(rst='0') then

sec1<=0;sec10<=0;

min1<=0;min10<=0;

hour1<=0;hour10<=0;

elsif(clkHZ'event and clkHZ='1')then

if(s1='0') then

if(hour1=9) then

hour1<=0; hour10<=hour10+1;

elsif(hour10=2 and hour1=3)then

hour1<=0;hour10<=0;

else hour1<=hour1+1;end if;

elsif(s2='0') then if( min1=9)then

min1<=0;

if(min10=5) then min10<=0;

else min10<=min10+1;

end if;

else min1<=min1+1;

end if;

elsif(sec1=9) then sec1<=0;

if (sec10=5)then sec10<=0;

if(min1=9)then min1<=0;

if(min10=5)then min10<=0;

if(hour1=9) then hour1<=0;hour10<=hour10+1;

elsif(hour10=2 and hour1=3)then hour1<=0; hour10<=0; else hour1<=hour1+1;

end if;

else min10<=min10+1;

else min1<=min1+1;

end if;

else sec10<=sec10+1;

end if;

else sec1<=sec1+1;

end if;

end if;

end process;

END BEHAVE;

3.整点报时模块

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity BAOS is

port(clkHZ1: in std_logic;

min1,min10,sec1,sec10: in integer;

led: out std_logic_vector(3 downto 0));

end BAOS;

architecture behave of BAOS is

signal led_count: std_logic_vector(2 downto 0); signal led_display: std_logic_vector(3 downto 0); BEGIN

process(clkHZ1)

begin if(clkHZ1'event and clkHZ1='1') then

if (min10=5 and min1=9 and sec10=5 and sec1>3 )then led_count<=led_count+1;

else led_count<="000"; end if;

fpga数字钟课程设计报告

f p g a数字钟课程设计报告 Prepared on 24 November 2020

课程设计报告 设计题目：基于FPGA的数字钟设计 班级：电子信息工程1301 姓名：王一丁 指导教师：李世平 设计时间：2016年1月 摘要 EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化，是以大规模可编程器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，通过相关的软件，自动完成软件方式设计得电子系统到硬件系统，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。本次课程设计利用Quartus II 为设计软件，VHDL为硬件描述语言，结合所学知识设计一个多功能时钟，具有显示年、月、日、时、分、秒显示，计时，整点报时，设定时间等功能。利用硬件描述语言VHDL 对设计系统的各个子模块进行逻辑描述，采用模块化的思想完成顶层模块的设计，通过软件编译、逻辑化简、逻辑综合优化、逻辑仿真、最终完成本次课程设计的任务。 关键词：EDA VHDL语言数字钟 目录 摘要 1 课程设计目的 2 课程设计内容及要求

设计任务 设计要求 3 VHDL程序设计 方案论证 系统结构框图 设计思路与方法 状态控制模块 时分秒模块 年月日模块 显示模块 扬声器与闹钟模块 RTL整体电路 4 系统仿真与分析 5 课程设计总结，包括.收获、体会和建议 6 参考文献 1 课程设计目的 (1)通过设计数字钟熟练掌握EDA软件(QUARTUS II)的使用方法，熟练进行设计、编译，为以后实际工程问题打下设计基础。 (2)熟悉VHDL 硬件描述语言，提升分析、寻找和排除电子设计中常见故障的能力。 (3)通过课程设计，锻炼书写有理论根据的、实事求是的、文理通顺的课程设计报告。

FPGA设计的报告课程设计

FPGA课程设计 实 验 报 告

实验一：设计一个可控的100进制可逆计数器 一、实验要求 用DE2-115开发板下载。 （1）计数器的时钟输入信号周期为200ns。 （2）以十进制形式显示。 （3）有一个复位端clr和两个控制端plus和minus，在这些控制信号的作用 clr plus minus 功能 0 ××复位为0 1 1 0 递增计数 1 0 1 递减计数 1 1 1 暂停计数 二、关键词 可控制、可逆、100进制、复位、暂停、递增、递减 三、内容摘要 module updown_count(qout,reset,clk,plus,minus); output[7:0] qout;/*定义一个8位的输出，其目的是 低四位和高四位分别表示计数器的个位和十位。*/ input clk,plus,minus,reset;//定义四个输入，时钟，加计数，减计数和清零 reg[7:0] qout;//qout的数据类型为寄存器型 always @(posedge clk)//当clk上升沿到来时执行一遍下列程序 begin if(!reset) qout<=0;//当reset为低电平时，计数器执行清零功能，否则跳过else begin case({minus,plus})//case语句模块，包含加，减和暂停四个模块 2'b10: if (qout[3:0]==0)//判断个位是否为零，若不为零，跳到个位减一begin qout[3:0]<=9;//给个位赋值 if(qout[7:4]==0) qout[7:4]<=9;//判断十位是否为零，并且给十位赋值 else qout[7:4]<=qout[7:4]-1;//由于个位赋9，相当于向十位借一，因而十位减一end else qout[3:0]<=qout[3:0]-1;//个位减一 /*这一部分是减计数模块，其思路是：首先判断个位是否为零，若为零，则执行后面的程序，个位直接赋9，并且十位减一；否则个位减一*/ 2'b01: if (qout[3:0]==9)//判断个位是否为9，否则跳到个位加一begin

FPGA课程设计题目

1、彩灯控制器设计 内容及要求： 设计一个彩灯控制器，具体设计要求如下： （1）要有多种花型变化（至少设计5种），led至少16路 （2）多种花型可以自动变化 （3）彩灯变换的快慢节拍可以选择 （4）具有清零开关 （5）完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、仿真、下载验证等，最后就课程设计本身提交一篇课程设计报告。 2、数字秒表设计 内容及要求： 设计一用于体育比赛的数字秒表，具体设计要求如下： （1）6位数码管显示，其中两位显示min，四位显示see，显示分辨率为0．01 s。 （2）秒表的最大计时值为59min59．99see。 （3）设置秒表的复位／启动键，按一下该键启动计时，再按即清0。依此循环。 （4）设置秒表的暂行／继续键。启动后按一下暂行，再按继续。依此循环。 （5）完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、仿真、下载验证等，最后就课程设计本身提交一篇课程设计报告。 3、交通信号控制系统设计 内容及要求： 设计一个十字路口交通控制系统,具体设计要求如下： （1）东西（用A表示）、南北（用B表示）方向均有绿灯、黄灯、红灯指示，其持续时间分别是40秒、5秒和45秒, 交通灯运行的切换示意图和时序图分别如图1、图2所示。 （2）系统设有时钟,以倒计时方式显示每一路允许通行的时间。 （3）当东西或南北两路中任一路出现特殊情况时，系统可由交警手动控制立即进入特殊运行状态，即红灯全亮，时钟停止计时，东西、南北两路所有车辆停止通行；当特殊运行状态结束后，系统恢复工作，继续正常运行。 图1 交通灯运行切换示意图

B红 CP A绿 A黄 A红 B黄 B绿 5S 5S 图2 交通灯时序图 （4）完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、仿真、下载验证等，最后就课程设计本身提交一篇课程设计报告。 4、简易密码锁设计 内容及要求 设计一个4位串行数字锁。 （1）开锁代码为4位二进制，当输入代码的位数与锁内给定的密码一致，且按规定程序开锁时，方可开锁，并点亮一个指示灯。否则进入“错误”状态，并发出报警信号。 （2）锁内的密码可调，且预置方便，保密性好。 （3）串行数字锁的报警由点亮一个灯，直到按下复位开关，报警才停下。此时，数字锁又自动等待下一个开锁状态。 （4）完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、仿真、下载验证等，最后就课程设计本身提交一篇课程设计报告。 5、出租车计价器设计 内容及要求 （1）设一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行驶计费和等待计费三个部分，用4个数码管显示出金额数目，最大值为999.9元，最小计价单位为0.1元。行驶里程在3公里范围内且等待时间未超过三分钟时按起步价8元计费；行驶里程超过三公里后按每公里2元收费；等待时间超过三分钟后按每分钟1元收费。等待时间用两个数码管显示，最大值为59分钟。 总费用=起步价+（里程-3km ）*里程单价+（等待时间-3）*等候单价 （2）能够实现的功能： 显示汽车行驶里程：用四位数字显示，单位为km 。 计程范围为0~99km ，计程分辨率为1km 。 显示等候时间：用两位数字显示分钟，单位为min 。计时范围为0~59min ，计时分辨率为1min 。

FPGA课程设计报告

F P G A 课 程 设 计 报 告 学部：信息科学与技术学部 专业：通信工程 班级：10级1班 学号：100103011125 姓名：万洁 指导老师：祝宏 合作伙伴：张紫君 2012.12.13

一．《任务书》： 实验一100进制的可逆计数器（11——12周）实验二交通灯控制系统（15周） 实验三多功能数字钟系统（14-15周）二．实验书写格式： 一：题目要求 二：程序代码 三：操作步骤及运行结果截图 四：心得体会 三．实验附录： 一：老师提供的资源 二：关于实验所用EP4CE115F29板的简介

实验一100进制的可逆计数器 一、设计一个可控的100进制可逆计数器，要求用实验箱下载。 （1）计数器的时钟输入信号周期为200ns。 （2）以十进制形式显示。 （3）有一个复位端clr和两个控制端plus和minus，在这些控制信号的作用下，计数器具有复位、增或减计数、暂停功能。 clr plus minus 功能 0 ××复位为0 1 1 0 递增计数 1 0 1 递减计数 1 1 1 暂停计数 二、程序如下： module keni100(CLR,CLK,PLUS,MINUS,OUT); //100进制的可逆计数器 input CLR,PLUS,MINUS,CLK; output [7:0]OUT; reg [7:0]OUT; always@(posedge CLK) begin if(!CLR) //如果CLR为零，输出为零；反之，运行else程序 OUT[7:0]<=0; else

begin if(PLUS==0 && MINUS==1) //100进制的递减计数 begin if (OUT[3:0]==0) begin OUT[3:0]<=9; if (OUT[7:4]==0) OUT[7:4]<=9; else OUT[7:4]<=OUT[7:4]-1; end else OUT[3:0]<=OUT[3:0]-1; end if(PLUS==1 && MINUS==0) //100进制的递增计数 begin if (OUT[3:0]==9) begin OUT[3:0]<=0; if (OUT[7:4]==9) OUT[7:4]<=0; else OUT[7:4]<=OUT[7:4]+1; end else OUT[3:0]<=OUT[3:0]+1; end if(PLUS==1 && MINUS==1) OUT<=OUT; //若PLUS和MINUS都为1，暂停计数 if(PLUS==0 && MINUS==0) OUT<=0; //若都为零，输出为零end end endmodule 三、运行程序 1、在quarters II9.1输入程序 打开quarters II界面，点击file→New,在出现的对话框，如图1.1所示，选择Text File，点击OK.

(完整版)基于FPGA的温度传感器课程设计

FPGA课程设计论文 学生姓名周悦 学号20091321018 院系电子与信息工程学院 专业电子科学与技术 指导教师李敏 二Ｏ一二年5月28 日

基于FPGA的温度传感器系统设计 １引言 温度是一种最基本的环境参数,人们的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段:传统的分立式温度传感器;模拟集成温度传感器;智能集成温度传感器。目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式,从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。本文将介绍采用智能集成温度传感器DS18B20,并以FPGA为控制器的温度测量装置的硬件组成和软件设计，用液晶来实现温度显示。 ２电路分析 系统框图如下： 第一部分：DS18B20温度传感器 美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 "一线总线"接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 DS18B20 体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。 DS18B20 的主要特性：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测（4）DS18B20 在使用中不需要任何外

FPGA课程设计报告--简易电子琴的设计[1].doc

西安邮电大学 FPGA课程设计报告 题目：简易电子琴设计及FPGA功能验证 院系： 专业班级： 学生姓名： XX 导师姓名： XX 起止时间： 2012、6、18至2012、6、29

一、课程设计任务： 本设计一个简易电子琴，具体功能如下： 1、具有手动弹奏和自动播放功能； 2、以按键或开关作为电子琴的琴键，输出7个音节的音阶； 3、可以自动播放曲目至少两首。 二、课程设计目的： 1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力； 2、深入学习Verilog HDL，了解其编程环境； 3、学会运用Modelsim和Quartus II等编程仿真软件； 4、将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解Verilog HDL的学习； 三、使用环境： 1、软件：Modelsim和Quartus II等编程仿真软件； 2、硬件：FPGA开发板。 四、课程设计详细方案及功能验证： 1、总体实现方案： 1、简易电子琴的设计通过软硬件结合实现，硬件系统包括主控器芯片、9个按键、LED、蜂鸣器等，软件资源包括编写Verilog HDL程序的应用软件Modelsim和仿真软件Quartus II。电子琴有按键代替琴键的弹奏功能和自动播放功能。 2、整个程序总共分5个模块：主模块，按键模块，曲目1模块，曲目2模块，曲目3模块。 整个方案总共用了9个按键（key1~key9），按键key1~key7作为琴键，通过这七个按键键入不同的音阶。主模块中key8、key9两个按键用于选择是自动播放还是弹奏曲目，令mm=（key8、key9），用mm值的不同选择调用不同模块。如果mm=00，则程序调用按键模块；如果mm=01，则调用曲目1模块，播放曲目1；如果mm=10，则调用曲目2模块，播放曲目2；如果mm11，则调用曲目3模块，播放曲目3。 本次设计的框图：

(完整版)FPGA课程设计(最终版)

课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 电子琴的设计 课程设计目的： 《FPGA原理与应用》课程设计的目的是为了让学生熟悉基于VHDL语言进行FPGA开发的全流程，并且利用FPGA设计进行专业课程理论知识的再现，让学生体会EDA技术的强大功能，为今后使用FPGA进行电子设计奠定基础。 课程设计内容和要求 设计内容： （1）设计一个八音电子琴。 （2）由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲。 （3）用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可选择键盘输入乐曲或者已存入的乐曲。 要求每个学生单独完成课程设计内容，并写出课程设计说明书、说明书应该包括所涉及到的理论部分和充足的实验结果，给出程序清单，最后通过课程设计答辩。 时间安排： 指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要 (1) Abstract (2) 1设计意义和要求 (3) 1.1设计意义 (3) 1.2功能要求 (3) 2方案论证及原理分析 (4) 2.1实现方案比较 (4) 2.2乐曲实现原理 (4) 2.3系统组成及工作原理 (6) 3系统模块设计 (8) 3.1顶层模块的设计 (8) 3.2乐曲自动演奏模块的设计 (8) 3.3音阶发生器模块的设计 (9) 3.4数控分频器模块的设计 (9) 4程序设计 (11) 4.1VHDL设计语言和ISE环境简介 (11) 4.2顶层模块的程序设计 (12) 4.3乐曲自动演奏模块的程序设计 (13) 4.4音阶发生器模块的程序设计 (13) 4.5数控分频模块的程序设计 (14) 5设计的仿真与实现 (15) 5.1乐曲自动演奏模块仿真 (15) 5.2音调发生模块仿真 (18) 5.3数控分频模块仿真 (19) 5.4电子琴系统的仿真 (20) 5.5设计的实现 (22) 5.6查看RTL视图 (23) 5.7查看综合报告 (25) 6心得体会 (31) 7参考文献 (32) 8附录 (33)

FPGA课程设计报告--简易电子琴的设计

邮电大学 FPGA课程设计报告 题目：简易电子琴设计及FPGA功能验证 院系： 专业班级： 学生：XX 导师：XX 起止时间：2012、6、18至2012、6、29

一、课程设计任务： 本设计一个简易电子琴，具体功能如下： 1、具有手动弹奏和自动播放功能； 2、以按键或开关作为电子琴的琴键，输出7个音节的音阶； 3、可以自动播放曲目至少两首。 二、课程设计目的： 1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力； 2、深入学习Verilog HDL，了解其编程环境； 3、学会运用Modelsim和Quartus II等编程仿真软件； 4、将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解Verilog HDL的学习； 三、使用环境： 1、软件：Modelsim和Quartus II等编程仿真软件； 2、硬件：FPGA开发板。 四、课程设计详细方案及功能验证： 1、总体实现方案： 1、简易电子琴的设计通过软硬件结合实现，硬件系统包括主控器芯片、9个按键、LED、蜂鸣器等，软件资源包括编写Verilog HDL程序的应用软件Modelsim和仿真软件Quartus II。电子琴有按键代替琴键的弹奏功能和自动播放功能。 2、整个程序总共分5个模块：主模块，按键模块，曲目1模块，曲目2模块，

曲目3模块。 整个方案总共用了9个按键（key1~key9），按键key1~key7作为琴键，通过这七个按键键入不同的音阶。主模块中key8、key9两个按键用于选择是自动播放还是弹奏曲目，令mm=（key8、key9），用mm值的不同选择调用不同模块。如果mm=00，则程序调用按键模块；如果mm=01，则调用曲目1模块，播放曲目1；如果mm=10，则调用曲目2模块，播放曲目2；如果mm11，则调用曲目3模块，播放曲目3。 本次设计的框图：

FPGA课程设计

FPGA课程设计 学院： 年级专业： 学生姓名： 日期：

题目：用Verilog语言设计一个程序来控制数码管动态显示0~F 小组成员： 指导老师： 开发板：A-C8V4 芯片型号：CycloneII EP2C8Q208C8N 设计目的： 本课程设计的目的是熟练掌握相关软件的使用和操作。能对Verilog语言程序进行编译，调试，以及通过计算机仿真，得到正确的仿真波形图，并根据所得仿真波形图分析判断并改进所设计的电路。在成功掌握软件操作基础上，将所数字电路的基础课知识与Verilog语言的应用型知识结合起来并与实际设计，操作联系起来，即“理论联系实际”。深入了解Verilog语言的作用与价值，对用硬件语言设计一个电路系统开始具备一个较完整的思路与较专业的经验。对EDA技术有初步的认识，并开始对EDA技术的开发创新有初步的理解。 设计内容：利用verilog语言设计一个程序，其功能是使LED数码管循环动态显示0~F 程序设计： module led0 (clk_50M,led_bit,dataout); input clk_50M; output [7:0] dataout; output led_bit; reg [7:0] dataout; reg led_bit; reg [27:0] count; always led_bit <= 'b0; always @ ( posedge clk_50M ) begin count<=count+1; end always @ ( posedge clk_50M ) begin case ( count[27:24] ) 0: dataout<=8'b11000000; 1: dataout<=8'b11111001; 2: dataout<=8'b10100100; 3: dataout<=8'b10110000; 4: dataout<=8'b10011001; 5: dataout<=8'b10010010; 6: dataout<=8'b10000010; 7: dataout<=8'b11111000; 8: dataout<=8'b10000000; 9: dataout<=8'b10010000; 10:dataout<=8'b10001000; 11:dataout<=8'b10000011; 12:dataout<=8'b11000110; 13:dataout<=8'b10100001; 1

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河南机电高等专科学校 《可编辑逻程器件原理与应用课程设计》 题目：数字跑表 班级： 学号： 姓名： 2012年6月8日

数字跑表设计 一、设计题目 设计一个以0.01s为基准计时信号的实用数字式跑表 二、设计要求 1）跑表计时显示范围0.01s—59min59.99s,计时精度为10ms。 2）具有清零、启动计时、暂停计时功能，操作按键（开关）不超过2个。 3）时钟源误差不超过0.01s。 三、总体设计思路 数字秒表设计采用模块化思想，自顶向下设计。总体上含有分频模块、计时控制器模块、计数模块、LED显示模块四个基本模块。各模块功能如下：（1）分频模块 分频器通过对256Hz时钟分频产生100Hz时钟，它同COUNT10中的十进制计数器要求的时钟频率一致。 （2）计时控制器模块 计时控制器模块的作用是将按键信号转变为计时器的控制信号。本设计中设置了2个按键，即启动/暂停键和清零键，由它们产生的计数允许保持和清零信号。 （3）计时模块 计时器通过对10ms脉冲的计数，达到计时的目的。由于数字跑表的计时范围为0到59分59.99秒，所以计时模块COUNT共需四个十进制计数器和两个六进制计时器。 （4）LED显示模块 用于数字跑表的最后显示 四、设计步骤如下： （1）分频模块 由于试验箱没有100Hz的时钟源，所以应设计分频模块分频。将输出256Hz 的时钟频率经过分频得到100Hz的时钟源，作为百分之一秒位的时钟输入， 每产生一个时钟上升沿，计数器加1即为10ms。新建Text Editor,以VHDL语言设计分频模块，程序源码如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity DIV is Port (clr:in std_logic; clk:in std_logic; clkout:out std_logic); end DIV; architecture a of DIV is begin process (clk,clr)

fpga课程设计报告

第一部分 EDA技术的仿真 1、奇偶校验位产生器 1.1奇偶校验位的技术要求 奇偶校验是通信中常用的一种数据校验方式，试设计一个奇偶校验位产生器，根据输入字节（8位）产生相应的奇偶校验位（1的个数为奇数时输出低电平，即奇校验位为1）和偶校验位（1的个数为偶数时输出高电平，即偶校验位为1） 1.2奇偶校验位的原理 通过计算数据中“1”的个数是奇数还是偶数来判断数据的正确性。在被校验的数据后加一位校验位或校验字符用作校验码实现校验。 其生成方法是： 奇校验：确保整个被传输的数据中“1”的个数是奇数个，即载荷数据中“1”的个数是奇数个时校验位填“0”，否则填“1”； 偶校验：确保整个被传输的数据中“1”的个数是偶数个，即载荷数据中“1”的个数是奇数个时校验位填“1”，否则填“0”。 1.3奇偶校验位的功能及其仿真波形 奇偶校验位的功能具体见下表所示： 输入8位的二进制序列奇校验位 even 偶校验位 odd 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 其具体实现程序如下所示： module parity(data,odd,even); input [0:7]data; output odd,even; assign odd=^data; assign even=~odd; endmodule 根据程序我们得到如下的仿真波形： 图1 奇偶校验位仿真波形 中国计量学院信息工程学院课程设计报告P.2

2、十六位数据选择器 2.1数据选择器的原理 在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器，数据选择器(MUX)的逻辑功能是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一路数据作为输出信号。 在数据选择器中，我们设定一个控制输入端ENA ，当ENA=1时，电路不能工作，输出Y=0；而当ENA=0时，电路才处于工作状态。由于我们设计的是16选1数据选择器，因而其有4个数据控制端，即S0，S1，S2，S3，根据这4个控制端的状态有选择性的输出。 2.2数据选择器的实现电路图 我们知道一个16选1的数据选择器是由5个4选1的数据选择器组成的，4选1的基本电路如下图所示： W[0..3]S[1..0] ENA f mux_4 inst2 在左图中，ENA 为使能控制输入端，低 电平有效，S 为两位的数据控制端，W 为输入端，f 为输出端。有上述4选1的原理图我们可以得到16选1的原理图： W[0..3]S[1..0]ENA f mux_4 inst W[0..3]S[1..0]ENA f mux_4 inst1 W[0..3]S[1..0]ENA f mux_4 inst2 W[0..3]S[1..0]ENA f mux_4 inst3 W[0..3]S[1..0]ENA f mux_4 inst4S3\32控制端 S1\S0控制端 图2 16选1数据选择器原理图 2.3数据选择器的功能仿真

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F P G A课程设计报告 （实现多功能数字钟） 专业班级: 07通信2班 姓名：朱绍兴 学号：0701******** 时间：2009.12.30

一、标题:设计多功能数字钟控制电路 二、任务书:用MAX+PLU SⅡ软件及Verilog HDL语言设计 一个多功能的数字钟，包括有时、分、秒的计 时，以及校时（对小时、分钟和秒能手动调整 以校准时间）、正点报时（每逢整点，产生“嘀 嘀嘀嘀-嘟”，4短一长的报时音）等附加功能。 三、关键词：24进制、60进制、正点报时、校时、数字钟 四、总体方案：多功能数字钟控制电路框图是由三部分组成 的，即秒分时控制电路、整点报时控制电路、 时段控制电路。用Verilog HDL硬件描述语 言完成编译和仿真。 五、原理框图如下： ↓ ↓ ↓

六、Verilog HDL硬件描述语言编写的功能模块: /*秒计数器m60*/ module m60(M,CP60M,CPM,RD); output [7:0]M; output CP60M; input CPM; input RD; reg [7:0]M; wire CP60M; always@(negedge RD or posedge CPM) begin if(!RD) begin M[7:0]<=0; end else begin if((M[7:4]==5)&&(M[3:0]==9)) begin M[7:0]<=0; end else begin if(M[3:0]==9) begin M[3:0]<=0; if(M[7:4]==5) begin M[7:4]<=0;end else M[7:4]<=M[7:4]+1; end

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FPGA课程设计报告 题目：基于CPLD的 1602字符液晶显示系统设计院系：信息与电气工程学院 班级：电子信息工程 学号： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 2011 年7 月

基于CPLD的1602字符液晶显示系统设 计 一. 设计题目： 基于CPLD的1602 字符液晶显示系统设计 二．设计要求技术指标： 要求用1602 液晶显示字符； 显示内容：学号+英文姓名； 显示方式：流动显示，开关控制字符 流动速度及方向；具有暂停和清 屏的功能； 三．设计平台： QUARTUSII软件MARS-1270 CPLD 1602 液晶 四．设计思路与设计步骤： 液晶指令介绍： 要想控制1602 液晶显示字符，首先需要弄清 楚1602 有那些可控管脚， 有哪些控制命令，如何控制其显示，如何控制其移动及如何控制其移动速度及方 （1）接口说明：

（2）基本操作时序： A. 读状态：输入：RS=L，RW=H,E=H,输出：D B0--DB7=状态字 B.写指令：输入：RS=L，RW=L,E=下降沿脉冲， DBO--DB7=指令码, 输出：无 C.读数据：输入：RS=H，RW=H,E=H输出：, D B0--DB7=数据 D.写数据：输入：RS=H，RW=L,E=下降沿脉冲， DBO--DB7=数据, 输出：无 （3）指令集及其设置说明： A. 清屏指令： 功能：<1> 清除液晶显示器即将DDRAM的内容全部填入"空白"的ASCII码20H; <2> 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; <3> 将地址计数器（AC）的值设为0。 B.进入设置模式指令： 功能：设定每次定入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个 字符是否移动。参数设定的情况如下所示： 位名设置 I/D 0= 写入新数据后光标左移1= 写入新数据后光标右移

Verilog fpgA程序课程设计

课题一 一，设计一个可控的100进制可逆计数器，要求用实验箱下载。 （1）计数器的时钟输入信号周期为200ns。 （2）以十进制形式显示。 （3）有一个复位端clr和两个控制端plus和minus，在这些控制信号的作用下，计数器具有复位、增或减计数、暂停功能。 二，设计思路： 由题目可知，可逆计数器有四种工作模式，即清零，加计数，减计数和暂停。由此，我想到有case语句，这也是整个程序的核心。 三，源代码 module updown_count(qout,reset,clk,plus,minus); output[7:0] qout;/*定义一个8位的输出，其目的是 低四位和高四位分别表示计数器的个位和十位。*/ input clk,plus,minus,reset;//定义四个输入，时钟，加计数，减计数和清零 reg[7:0] qout;//qout的数据类型为寄存器型 always @(posedge clk)//当clk上升沿到来时执行一遍下列程序 begin if(!reset) qout<=0;//当reset为低电平时，计数器执行清零功能，否则跳过 else begin case({minus,plus})//case语句模块，包含加，减和暂停四个模块 2'b10:

if (qout[3:0]==0)//判断个位是否为零，若不为零，跳到个位减一 begin qout[3:0]<=9;//给个位赋值 if(qout[7:4]==0) qout[7:4]<=9;//判断十位是否为零，并且给十位赋值 else qout[7:4]<=qout[7:4]-1;//由于个位赋9，相当于向十位借一，因而十位减一end else qout[3:0]<=qout[3:0]-1;//个位减一 /*这一部分是减计数模块，其思路是：首先判断个位是否为零，若为零，则执行后面的程序，个位直接赋9，并且十位减一；否则个位减一*/ 2'b01: if (qout[3:0]==9)//判断个位是否为9，否则跳到个位加一 begin qout[3:0]<=0;//若上面个位为9判断成立，则给个位赋值 if(qout[7:4]==9) qout[7:4]<=0;//判断十位是否为9，若为9，则赋0 else qout[7:4]<=qout[7:4]+1;//若十位不为9，十位加一 end else qout[3:0]<=qout[3:0]+1;//个位加一 /*这一部分是加计数模块，首先判断个位是否为9，若不为9，个位加1；否侧，再判断十位是否为9， 若为9，十位赋0，否侧十位加1。*/ 2'b11:

FPGA抢答器设计报告

Vb开办上海电力学院 课程设计报告 信息工程系 抢答器设计报告 一、设计目的： 本课程的授课对象是电子科学与技术专业本科生，是电子类专业的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的重要环节。 本课程有助于培养学生的数字电路设计方法、掌握模块划分、工程设计思想与电路调试能力，为以后从事各种电路设计、制作与调试工作打下坚实的基础 二、实验器材和工具软件： PC机一台、QuartusII软件、DE2板。 三、设计内容： (1)抢答器可容纳四组12位选手，每组设置三个抢答按钮供选手使

用。 (2)电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，蜂鸣器提示抢答开始，时显示器显示初始时间并开始倒计时，若参赛选手按抢答按钮，则该组指示灯亮并用组别显示器显示选手的组别，同时蜂鸣器发出“嘀嘟”的双音频声。此时，电路具备自锁功能，使其它抢答按钮不起作用。 (3)如果无人抢答，计时器倒计时到零，蜂鸣器有抢答失败提示，主持人可以按复位键，开始新一轮的抢答。 (4)设置犯规功能。选手在主持人按开始键之前抢答，则认为犯规，犯规指示灯亮和显示出犯规组号，且蜂鸣器报警，主持人可以终止抢答执行相应惩罚。 (5)抢答器设置抢答时间选择功能。为适应多种抢答需要，系统设有10秒、15秒、20秒和3O秒四种抢答时间选择功能。 四、设计具体步骤： 首先把系统划分为组别判断电路模块groupslct，犯规判别与抢答信号判别电路模块fgqd，分频电路模块fpq1，倒计时控制电路模块djs，显示时间译码电路模块num_7seg模块，组别显示模块showgroup 模块这六个模块，各模块设计完成后，用电路原理图方法将各模块连接构成系统。 各模块功能及代码： 1、组别判别模块 （1）功能：可容纳四组12位选手，每组设置三个抢答按钮供选手使用。若参赛选手按抢答按钮，则输出选手的组别。此时，电路具

课程设计-基于fpga的vga图形显示大学论文

电子信息工程专业综合设计（报告） （课程设计） 题目基于FPGA的VGA图形显示 二级学院电气与电子工程学院 专业电子信息工程 班级 学生姓名学号 同组姓名 指导教师 时间

基于FPGA的VGA图形显示 摘要： 本次的题目是基于FPGA的VGA图形显示，实现VGA图像显示与控制。本文介绍的主要内容围绕着显示特定图片，且图片可受控制的相关原理与方法展开。根据VGA显示原理，利用VHDL作为逻辑描述手段，设计了一种基于现场可编程器件FPGA的VGA接口控制器。实现VGA图像显示控制器是通过Altera公司的QuartusII软件环境下对VGA模块的设计和顶层逻辑框图设计。FPGA的嵌入式系统中能代替VGA的专用显示芯片，节约硬件成本，节省计算机处理时间，加快数据处理速度并具有显示面积大，色彩丰富、承载信息量大、接口简单等优点。除此以外FPGA芯片和EDA设计方法的使用，可根据用户的需求，为设计提供了有针对性的VGA显示控制器，可不需要依靠计算机，它可以大大降低成本，并可以满足生产实践中不断改变的需要。 关键字：FPGA VGA 图像控制器 一、前言 本次课程设计主要是通过Altera公司的QuartusII软件环境下对VGA模块的设计和顶层逻辑框图设计。VGA是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。在性能上，VGA将16色模式的分辨率提高到了640×480，同时VGA新提供了一种具有320×200分辨率、256种颜色的图形模式，且所显示的每一种颜色都可从262144(18位)种颜色中选择，VGA的这种色彩显示能力对微机图形/图象软件的发展起到了很大的促进作用先后分别经历了EGA, EGA, VGA, SVGA, XGA, SXGA, UXGA, QXGA, WQXGA, QSXGA, WQSXGA, QUXGA, WQUXGA, 1080P。 目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R，G，B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、DLP等数字显示设备，显示设备中需配置相应的

FPGA课程设计报告

Shenyang Agricuttural University FPGA课程设计报告 题目：基于CPLD的1602字符液晶显示系统设计院系： _________ 信息与电气工程学院___________ 班级： __________________ 电子信息工程_________ 学号：____________________________________________ 学生姓名：_________________________________________ 指导教师：_________________________________________ 成绩：____________________________________________ 2011年7月

基于CPLD勺1602字符液晶显示系统设计 一.设计题目： 基于CPLD勺1602字符液晶显示系统设计 二?设计要求技术指标： 要求用1602液晶显示字符； 显示内容：学号+英文姓名； 显示方式：流动显示，开关控制字符流动速度及方向；具有暂停和清屏的 功能； 三?设计平台： QUARTUSII 6.0软件MARS-1270 CPLD 1602 液晶 四?设计思路与设计步骤： 1.1602液晶指令介绍： 要想控制1602液晶显示字符，首先需要弄清楚1602有那些可控管脚，有哪些控制命令，如何控制其显示，如何控制其移动及如何控制其移动速度及方向等，下面首先介绍一下我所要用的指令及管脚等。 (1)接口说明: （2）基本操作时序： A. 读状态：输入：RS=L RW=H,E=H，输出：DB0--DB7= 犬态字

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西安欧亚学院 信息工程学院 FPGA系统开发设计报告 2013 / 2014 学年第二学期 设计题目：基于VHDL的分频计设计 专业班级：统本电信1201班 姓名学号：李瑞洋 12620102154071 指导教师：张秀芳 设计成绩：

一、设计任务及要求： 当系统正常工作时，由系统时钟提供的50MHz的输入信号，经过信号源模块，先通过100分频产生1MHZ的时钟信号，再将1MHZ的时钟信号分频产生多种频率输出，其中1HZ的输出频率被作为控制模块的时钟输入，7812HZ的输出频率被作为显示模块的时钟输入，由控制模块产生的计数使能信号testen和清零信号clr对计数模块进行控制，而由其产生的锁存信号load对锁存模块进行控制，一旦计数使能信号为高电平，并且时钟上升沿到来，计数器便开始正常计数，清零信号到来则计数清零，而当锁存信号为高电平时，数据便被锁存器锁存，然后将锁存的数据输出到显示模块显示出来，数据锁存保证系统可以稳定显示数据，显示译码驱动电路将二进制表示的计数结果转换成相应的能够在数码显示管上 可以显示的十进制结果。在数码显示管上可以看到计数结果。数字频率计的原理框图如图所示。主要由5个模块组成，分别是：信号源模块、控制模块、计数模块、锁存器模块和显示器模块[6] 二、基本设计思路 根据数字频率计的系统原理，cnt控制信号发生器。testctl的计数使能信号testen能产生一个1 s宽的周期信号，并对频率计的每一计数器Cnt10的ENA 使能端进行同步控制：当testen高电平时允许计数、低电平时停止计数。 reg32b为锁存器。在信号load的上升沿时，立即对模块的输入口的数据锁存到reg32b的内部，并由reg32b的输出端输出，然后，七段译码器可以译码输出。在这里使用了锁存器，好处是可以稳定显示数据，不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。

FPGA课程设计报告

课程设计 开课学期： 2014年—2015年下学期 课程名称：FPGA课程设计 学院：信息科学与工程学院 专业：集成电路设计与集成系统 班级：集成1201班 学号：20121221077 姓名：蔚 任课教师：涛 2015 年 7 月 21 日

基于FPGA的数字钟设计 摘要 本文介绍一种利用现场可编程逻辑器件FPGA产生多功能数字钟的设计方案。数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,是人们日常生活中不可少的必需品。 本设计采用EDA技术，以硬件描述语言Verilog为系统逻辑描述手段设计文件，在Quartus II工具软件环境下，由各个基本模块共同构建了一个基于FPGA的数字钟。 系统由时钟模块、控制模块、计时模块、数据译码模块、显示以及报时模块组成。经编译和仿真所设计的程序，在可编程逻辑器件上下载验证。开发板采用5CSEMA5F31C6N。本次设计的多功能数字钟，具有时、分、秒的数码管显示功能，以24小时循环计数，具有整点报时功能，并有由按键输入进行数字钟的校时、清零、启停功能。 关键词：可编程逻辑器件 FPGA Verilog 数字钟 EDA技术

Abstract This paper introduces a kind of based on field programmable logic device FPGA design of multi-function digital clock, the digital clock is used in digital circuits, and seconds digital display timing device is in people's daily life necessities. This design using EDA technology, hardware description language Verilog logic system description method of design documents, in the Quartus II software environment, by all the basic modules together to build a a FPGA based digital clock. System consists of the clock module, control module, time module, data decoding module, display and broadcast module composition. Program after compilation and simulation design, programmable logic device to download verification. Development board using the multi-function digital clock 5CSEMA5F31C6N. this design, with time, points, the second digital tube display, to a 24-hour cycle count, with the whole point timekeeping function and input by the key of the school of digital clock, clear, open and stop function. Key words: programmable logic device FPGA Verilog Digital cloc EDA Technology