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eda课程设计题目 eda课程设计数字时钟篇一

学 院： 机电工程学院

题 目： 数字时钟电路设计 课 程： 《电子系统设计自动化》课程设计 专业班级： 电信10级2 班 学生姓名： 刘星 秦玉杰 王艳艳 学 号： 1004101035 1004101036 1004101038

完成日期：2013年 12 月 27 日

摘要：

eda（electronic design automation）电子设计自动化，就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，自动完成用软件方式设计的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。本次实习利用quartusii为设计软件、vhdl为硬件描述语言，结合所学的数字电路的知识设计一个24时多功能数字钟，具有正常时、分、秒计时，动态显示，清零、快速校时校分、整点报时、花样显示等功能。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，采用模块化的设计思想完成顶层模块的设计，通过软件编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合优化、逻辑布线、逻辑仿真，最终将设计的软件系统下载设计实验系统，对设计的系统进行硬件测试。

一、课程设计基本要求和任务

《eda课程设计》是继《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》课程后，电信专业学生在电子技术实验技能方面综合性质的实验训练课程，是电子技术基础的一个部分。1.1 目的和任务

（1）通过课程设计使学生能熟练掌握一种eda软件（quartusii）的使用方法，能熟练进行设计输入、编译、管脚分配、下载等过程，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。

（2）通过课程设计使学生能利用eda软件（quartusii）进行至少一 个电子技术综合问题的设计，设计输入可采用图形输入法或vhdl硬件描述语言输入法。（3）通过课程设计使学生初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见 故障的能力。

（4）通过课程设计使学生能独立写出严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的课程设计报告。1.2 功能要求：

（1）具有时、分、秒计数显示功能，以24小时循环计时。（2）时钟计数显示时有led灯的花样显示。（3）具有调节小时、分钟、秒及清零的功能。（4）具有整点报时功能。

1.3 总体方框图：

本系统可以由秒计数器、分钟计数器、小时计数器、整点报时、分的调整以及小时的调整和一个顶层文件构成。采用自顶向下的设计方法，子模块利用vhdl语言设计，顶层文件用原理图的设计方法。显示：小时采用24进制，而分钟均是采用6进制和10进制的组合。1.4 设计原理：

数字钟电路设计要求所设计电路就有以下功能：时、分、秒计时显示，清零，时、分调节，整点报时及花样显示。分、秒计时原理相似，可以采用60进制bcd码计数器进计时；小时采用24进制bcd码进行计时；在设计时采用试验电路箱上的模式7电路，不需要进行译码电路的设计；所设计电路具有驱动扬声器和花样显示的led灯信号产生。试验箱模式7的电路如图一所示：图一模式七实验电路图

1.5 性能指标及功能设计：

（1）时钟计数：完成时、分、秒的正确计时并且显示所计的数字；对秒、分——60进制计数，即从0到59循环计数，时钟——24进制计数，即从0到23循环计数，并且在数码管上显示数值。

2.2 模块划分自顶向下分解

2.3 模块描述

时钟计时模块完成时、分、秒计数，及清零、调节时和分钟的功能。时、分、秒计数的原理相同，均为bcd码输出的计数器，其中分和秒均为六十进制bcd码计数器，小时为二十四进制bcd码计数器。设计一个具有异步清零和设置输出功能的六十进制bcd码计数器，再设计一个具有异步清零和设置输出功能的二十四进制计数器，然后将它们通过一定的组合构成时钟计时模块。各个输入/输出端口的作用为：

（1）clk为计时时钟信号，reset为异步清零信号；

（2）sethour为小时设置信号，setmin为分钟设置信号；（3）daout[5„0]为小时的bcd码输出, daout[6...0]为秒和分钟的bcd码输出，enmin和enhour为使能输出信号。

（4）在时钟整点的时候产生扬声器驱动信号和花样显示信号。由时钟计时模块中分钟的进行信号进行控制。当contr_en为高电平时，将输入信号clk送到输出端speak用于驱动扬声器，同时在clk的控制下，输出端lamp[2..0]进行循环移位，从而控制led灯进行花样显示。输出控制模块有扬声器控制器和花样显示控制器两个子模块组成 2.4 顶层电路图

顶层文件是由四个模块组成，分别是时、分、秒计数器和报警的vhdl语言封装而成。经过锁定引脚再重新编译获得如下顶层原理电路图：

三、方案实现

3.1 各模块仿真及描述

（1）秒计数器模块仿真图：将标准秒信号送入”秒计数器”，秒计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个分脉冲信号，该信号将作为分计数器的时钟脉冲，daout代表秒输出。

（2）分计数器电路仿真图：也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个时脉冲信号，该信号将被送到时计数器，daout端口代表分钟输出

（3）小时计数器电路仿真图：时计数器采用12进制计时器，可实现对24小时累 计。每累计12小时，发出一个脉冲信号。

引脚配置完成后再进行一次全程编译，无误则可以下载到试验箱上进行硬件测试。硬件验证的方法如下：选择实验模式7；时钟脉冲clk与clock0（1024hz）信号相连；键8和键5均为低电平，时钟正常计时，数码管1和2显示秒，数码管4和5显示分钟，数码管7和8显示小时；键8为高电平时，时钟清零；键5为高电平时，按下键7和键4进行调时调分操作；当时钟为整点的时候，三个发光二极管进行循环移位操作，同时扬声器发声。

五、心得体会

经过源程序的编辑、逻辑综合、逻辑适配、编程下载成功后，在eda实验开发系统进行硬件验证时却发现实验结果不正确，扬声器无法发声。经检查，自己设计的管脚文件有错。将管脚锁定文件修改后，重新进行逻辑适配、编程下载成功后，实验结果仍然不正确，百思不得其解。无奈之下，决定重头开始排查每一步的细节，确定各个模块的功能完全实现并且顶层模块功能正确。修改之后，重新进行逻辑适配、编程下载验证，实验结果完全正确。

这次eda课程设计历时两个星期，在整整两个星期的日子里，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多书本上学不到的知识，同时锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，对未来有了更多的信心。这次课程设计，进一步加深了我对eda的了解，使我对quartusii的基本操作有所了解，使我对应用软件的方法设计硬件系统有了更加浓厚的兴趣。通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合，从实践中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，我遇到许多问题，毕竟是第一次应用vhdl进行硬件电路系统的设计，许多eda的知识还没有充分的掌握，遇到困难也是在所难免的，同时发现了自己的不足之处：学习知识表面化，没有深入了解它们的原理。总的来说，这次设计的数字时钟电路还是比较成功的，尽管在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导、同学的帮助和自己不断思考下，终于迎刃而解，有点小小的成就感，觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的。最后，对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

[1] 崔健明.《电子电工eda仿真技术》 高等教育出版社 2000年 [2] 卢杰,赖毅.《vhdl与数字电路设计》 科学出版社 2001年 [3] 潘松，黄继业.《eda技术实用教程》 科学出版社 2002年 [4] 朱运利.《eda技术应用》 电子工业出版社 2004年 [5] 张明.《vhdl实用教程》 电子科技大学出版社 1999年

[6] 彭介华.《电子技术课程设计与指导》 高等教育出版 1997年

library ieee;

use ;use ;entity minute is port(clk,clk1,reset,sethour:in std_logic;enhour:out std_logic;daout:out std_logic_vector(6 downto 0));end entity minute;architecture fun of minute is signal count :std_logic_vector(6 downto 0);signal enhour_1, enhour_2: std_logic;--enmin_1为59分时的进位信号 begin--enmin_2由clk调制后的手动调时脉冲信号串 daout<=count;enhour_2<=(sethour and clk1);--sethour为手动调时控制信号，高电平有效 enhour<=(enhour_1 or enhour_2);process(clk,reset,sethour)begin if(reset='0')then--若reset为0，则异步清零 count<=“0000000”;elsif(clk'event and clk='1')then--否则，若clk上升沿到 if(count(3 downto 0)=“1001”)then--若个位计时恰好到“1001”即9 if(count <16#60#)then--又若count小于16#60#，即60 if(count=“1011001”)then--又若已到59d enhour_1<='1';--则置进位为1 count<=“0000000”;--count复0 else count<=count+7;--若count未到59d，则加7，即作“加6校正” end if;--使前面的16#60#的个位转变为8421bcd的容量 else count<=“0000000”;--count复0（有此句，则对无效状态电路可自启动）end if;--end if（count<16#60#）elsif(count <16#60#)then count<=count+1;--若count<16#60#则count加1 enhour_1<='0' after 100 ns;--没有发生进位 else count<=“0000000”;--否则，若count不小于16#60# count复0 end if;--end if（count（3 downto 0）=“1001”）end if;--end if（reset='0'）end process;end fun;

3、时计数器模块的vhdl语言：

library ieee;use ;use ;

if(clk'event and clk='1')then if(dain=“0000000”)then speak<=count1(1);if(count1>=“10”)then count1<=“00”;--count1为三进制加法计数器 else count1<=count1+1;end if;end if;end if;end process speaker;lamper:process(clk)begin if(rising_edge(clk))then if(count<=“10”)then if(count=“00”)then lamp<=“001”;--elsif(count=“01”)then lamp<=“010”;elsif(count=“10”)then lamp<=“100”;end if;count<=count+1;else count<=“00”;end if;end if;end process lamper;end fun;

循环点亮三只灯

eda课程设计题目 eda课程设计数字时钟篇二

课 程 设 计 报 告

设计题目：用vhdl语言实现数字钟的设计

班 级：电子1002班 学 号：20102625 姓 名：于晓 指导教师：李世平、李宁 设计时间：2012年12月

摘要

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。本设计主要是实现数字钟的功能，程序用vhdl语言编写，整体采用top-to-down设计思路，具有基本的显示年月日时分秒和星期的功能，此外还有整点报时功能。该数字钟的实现程序分为顶层模块、年月模块、日模块、时分秒定时模块、数码管显示模块、分频模块、星期模块，此外还有一个库。该程序主要是用了元件例化的方法，此外还有进程等重要语句。

没有脉冲时，显示时分秒，set按钮产生第一个脉冲时，显示年月日，第2个脉冲到来时可预置年份，第3个脉冲到来时可预置月份，依次第4、5、6、7、8个脉冲到来时分别可预置日期、时、分、秒、星期，第 9个脉冲到来时设置星期后预置结束，正常工作，显示的是时分秒和星期。调整设置通过up来控制，up为高电平，upclk有脉冲到达时，预置位加1，否则减1。当整点到达时，报时器会鸣响，然后手动按键停止报时。

关键词：数字钟，vhdl，元件例化，数码管

1、课程设计目的

掌握利用可编程逻辑器件和eda设计工具进行电子系统设计的方法

2、课程设计内容及要求

设计实现一个具有带预置数的数字钟，具有显示年月日时分秒的功能。用6个数码管显示时分秒，set按钮产生第一个脉冲时，显示切换年月日，第2个脉冲到来时可预置年份，第3个脉冲到来时可预置月份，依次第4、5、6、7个脉冲到来时分别可预置日期、时、分、秒，第 8个脉冲到来后预置结束，正常工作，显示的是时分秒。up为高电平时，upclk有脉冲到达时，预置位加1.否则减1，还可以在此基础上增加其它功能。

3、vhdl程序设计

3.1整体设计思路

本设计采用top-down 模式设计，分模块进行，各功能都使用元件例化方式设计，主要有led显示模块、时分秒定时模块、日期模块、年月模块、分频模块、星期模块，此外还创建了一个程序包，用来实现年月日、时分秒的加减调整。主要运用了过程语句、元件例化语句、信号赋值语句、和顺序语句

图3-1-1 整体结构图

图3-1-2 顶层模块引脚图

3.2各模块设计思路

3.2.1 普通计数器（时、分、秒、月、年计数器）设计

时钟模块通过调用程序包的时分秒加减过程语句实现两个六十进制，一个二十四进制，秒的进位信号作为分的计数时钟信号，分的进位信号作为时的时钟信号。时的进位信号通过管脚映射到日期模块的计数时钟信号。

定时功能在时分秒模块中，是由分计数器在到达59时产生一个脉冲，让speaker产生高电位鸣响。

年月模块主要实现月份的十二进制计数器，和100进制的年份计数器。月份的计数信号由日期模块的进位信号传递过来，年份的时钟信号由月份的进位信号产生。

图3-2-1 时分秒引脚图 图3-2-2 年月引脚图 3.2.2 可变进制计数器（天计数器）模块设计

不同月中的天的数量是不同的，例如“大月”就有31“天”，“小月”有30“天”，平年“二月”有28“天”，而闰年“二月”有29“天”。所以天计数器应该具备进制可变的性能。日期模块主要分为三个部分，预置日期加，预置日期减和产生进位信号，使月份增加。平闰年的判断是通过年月模块传输过来年份信号（两个4位的bcd码），如果高位的信号为“xxx0”且低位的信号为“xx00”（如20，84等），或高位为“xxx1”且低位为“xx10”（如32等）则判断为闰年。这种方法的包含了一百年中的所有闰年的情况。然后判断大月小月可以判断月份来确定30进制还是31进制。进位信号也是分为大月、小月、平年闰年来确定是否产生。

图3-2-3 日模块引脚图

3.2.3 led显示模块

主要通过接受setpin的控制信号来选择显示的内容，把不同的信号赋给输出的端口，从而实现时分秒，年月日的切换。3.2.4 星期模块

通过七进制计数器实现，同时带有预置的功能，不能同年月调整联动，但是能单独调整。

图3-2-4 星期模块引脚图

4、仿真与分析

4.1 日模块

4.1.1 年份为2000年，月份为2月，有29天，初值设为2000年2月28日，仿真中日为：28、29、1、2、„

4.1.2 年份为1999年，月份为2月，有28天，初值设为1999年2月28日，仿真中日为：28、1、2、„

4.1.3 年份为2000年，月份为3月，有31天，初值设为2000年3月30日，仿真中日为：30、31、1、2、„

4.1.4 年份为2000年，月份为4月，有30天，初值设为2000年4月30日，仿真中日为：30、1、2、„

4.2 年月模块

初值设为1999年12月，lock为1时，显示年月，lock为3时，预置月，lock为2时，预置年

4.3 时分秒定时模块

lock为0时，显示时分秒，lock为5时，预置时，lock为6时，预置分，lock为7时，预置秒。当分到达59时，整点报时器响，speaker高电位，随着手动清零，恢复原位。

4.4 星期模块

初值设为星期1，仿真中显示为：1、2、3、4、5、6、7、1、„

4.5 分频模块

4.6 顶层设计模块

5、课程设计总结

本次课程设计历时两天半，经过自己不断的努力完成了数字钟的设计，程序代码的编写调试及仿真。以前只是看书或者编一些很小的程序用来仿真，觉得没怎么难，但当进行此次课程设计真正处理一个较大程序时，问题便都显现出来。虽然在这个过程中遇到了很多的问题，但是最终都得到了很好的解决。

我此次设计的程序是在课本原有数字钟程序的基础上进行添加更改得来的，最初在运行原有程序时很顺利，但是随着加的东西越来越多，程序中出现的问题也就越来越多。很多同学都觉得在已有程序上再添加东西看似简单，实则很容易混乱，理不清头绪，而且这个原有程序是用进程所写，比较麻烦。虽然这样容易出现问题，不过我觉得这是一个锻炼的好机会。、在处理分频模块时，最开始按照老师的要求设置了频率，但是当运行时，发现根本出不来，后来与同学讨论后，发现频率过大，后来改为八分频，使得分频

模块能够使用。在一开始加星期模块时，没怎么考虑，可是当加进去后才发现，星期模块不能与其他模块很好的相连，不能很好的做到与“日模块”相合，后来虽有改动，但最终没能改成功。在加定时器功能时，一开始单独为定时器列了一个模块，所写的程序也很复杂，错误百出，最后程序改好后，仿真却出不来。后来经过同学的提点，就把程序改简单了，单纯的来个脉冲就出现高电平，但后来仿真发现高电平一直在高位，没法给脉冲，最后没办法便手动脉冲。与顶层模块连接后，又发现分满59的脉冲没给，因为我的时分秒全都放在了一起，只能将定时模块挪到时分秒模块中，这样反而使得整个工程简单了一些。

在各个模块都能仿真成功后，顶层模块的程序与仿真却出现了很多问题。首先是顶层模块程序有很多警告，例如“second_waver”没有用到之类的，后来在改动的过程中，便把内变量换为了外变量，但是有些原来的警告没有了，但是新的警告又出现了，原本能够连好的u3与u4 模块均不能正常连接，后来与同学自习查找，才终于将错误找出，由于粗心大意误动了一些元件例化时的变量，使得时间拜拜浪费。最后在仿真的时候，仿真结果出不来，经过与同学商量在每个程序中都给年月日等变量均付了初值，才让仿真出来。

此次课程设计虽然只有短短的两天半的时间，但是经过前期的查找资料，后来的实验室实际操作，再到现在的报告总结，我收获了很多。其实完成一个设计，编程只是很小的一部分，最主要的在于查找资料以及调试程序，此次设计我在查找资料方面做的不是很充分，以至于设计的面很小，而且在遇到问题后不能很快的找出，以后一定要做好准备工作。此次课程设计中遇到的问题看似不大，但都是很好的问题，对我以后的设计有很大的帮助，一定会牢牢记住。

最后，此次课程设计的完成很大程度上取决于老师和同学对我的指导与帮助，这更能说明，一个较大设计的完成及实现，不是仅限于自身，我们要学会与别人交流沟通，才能做到更好。

6、参考文献

[1]李景华,杜玉远.可编程逻辑器件与eda技术.沈阳:东北大学出版社,2000 [2] 姜如东，vhdl语言程序设计及应用，北京邮电大学出版社

[3] 康华光．电子技术基础（数字部分）［m］．北 京：高等教育出版社，2001．

[4] [5]