基于fpga的電子時鐘設計-資料下載頁

【導讀】程度越來越高，更新步伐越來越快。支撐信息電子產品高速發展的基礎就是微電子制造。工藝水平的提高和電子產品設計開發技術的發展。前者以微細加工技術為代表，而后者。三種描述形式的混合描述，覆蓋面廣、抽象能力強，因此在實際應用中越來越廣泛。是專用的系統集成電路，是一種帶有邏輯處理的加速處理器。而FPGA是特殊的ASIC芯。標準產品無需測試、質量穩定以及可實時在線檢測等優點。諸如定時自動報警、定時啟閉電路、定時開關烘箱、通斷動力設備，甚至各種。定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研究數字鐘及。擴大其應用，有著非常現實的意義。積縮小，功耗降低。為了保證計時的穩定及準確須由晶體振蕩器提供時間基準信號。采用24小時制式，用6個數碼管進行“時”、“分”、“秒”的顯示；時鐘的基本顯示原理：時鐘開始顯示為0時0分0秒，也就是數碼管顯示000000，秒計數器滿60后向分計數器進位，分計數器滿60后向小時計數器進位，小時

　　

【正文】 = Y = 11111101。 Y1 輸出為 0，其他輸出為 1 黃河科技學院畢業設計說明書 第 26 頁 when 010 = Y = 11111011。 Y2 輸出為 0，其他輸出為 1 when 011 = Y = 11110111。 Y3 輸出為 0，其他輸出為 1 when 100 = Y = 11101111。 Y4 輸出為 0，其他輸出為 1 when 101 = Y = 11011111。 Y5 輸出為 0，其他輸出為 1 when 110 = Y = 10111111。 Y6 輸出為 0，其他輸出為 1 when 111 = Y = 01111111。 Y7 輸出為 0，其他輸出為 1 when others = NULL。 其他輸出為 NULL end case。 end if。 end process。 end architecture。 數碼管 顯示電路設計 顯示電路有 LCD 和 LED 顯示電路，這次課題 中選用 LED 顯示電路， LED 器件是一種發光二極管顯示器。 其特點如下： （ 1） 能在低電壓、小電流條件下驅動發光，能與 CMOS、 ITL 電路兼容。 （ 2） 發光響應時間極短 （ 0． 1μs） ，高頻特性好，單色性好，亮度高。 （ 3） 體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 （ 4） 壽命長，使用壽命在 10 萬小時以上，甚至可達 100 萬小時。成本低。因此它被廣泛用作數字儀器儀表、數控裝置、計算機的數顯器件。 發光二極管組成的顯示器是最常用的廉價輸出設備。 七 段發光二極管結構如圖 所示。 abfcgdeD PY[L E D gn ]1234567abcdefg 圖 七 段發光二極管 根據數碼管內二極管連接方式的不同，可分為共陽極方式和共陰極方式，兩種方式 黃河科技學院畢業設計說明書 第 27 頁 所接的譯碼器類型也 有所不同。 共陰極方式和共陽極方式 分別如圖 和 所示 。 1位顯示器有 7 個發光二極管組成，其中 7 個發光二極管 a~g 控制 7 個筆段的亮或暗，這種筆畫式的七 段顯示器能顯示的字符少。字符的形象有些失真，但控制方便，使用簡單。為防止電路中電流過大而燒壞二極管，電路中需串聯限流電阻。 a b c d e f g陰極（ C O M ） a b c d e f g陽極（ C O M ） 圖 共陰極 方式 圖 共陽極 方式 LED 數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數位，因此根據 LED 數碼管的驅動方式的不同 ，可以分為靜態式和動態式兩類 [12]。 （ 1） 靜態顯示 驅動 靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個 I∕ O 口進行驅動，靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I∕ O 口多，如驅動5 個數碼管靜態顯示則需要 57＝ 35 根 I∕ O 口來驅動 。 故實際應用時必須增加驅動器進行驅動，增加了硬體電路的復雜性。 （ 2） 動態顯示驅動 數碼管動態顯示 最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的 7 個顯示筆劃 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM 增加位選通控 制電路，位選通由各自獨立的 I∕ O 線控制，當 輸出字形碼時，所有數碼管都 接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于 對位 選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。 通 過分時輪流控制各個 LED 數碼管的 COM 端，就使各個數碼管輪流受控顯示， 黃河科技學院畢業設計說明書 第 28 頁 這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為 幾個 毫秒 ，由于人的視覺暫留現象及發光二極管 的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯 示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的 I∕ O 口，而且功耗更低 [13]。 這次設計 中選用動態顯示驅動方式， 并 用 共陰極 顯示器 。 將六個數碼管的七個顯示筆畫 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 的同名端連在一起， 然后分別接到七段數碼顯示譯碼電路輸出端的七個端口上 ， 數碼管 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 分別對應 DOUT[6..0]。 位選 通 控制電路輪流選中六個數碼管，這樣就能實現時、分、秒的動態顯示。 黃河科技學院畢業設計說明書 第 29 頁 結 論 以上對電子鐘從硬件設計方案的選擇到用硬件描述語言的設計，都進行了詳細的介紹。現在對 本次設計進行一次總結。 在剛獲課題時，根據題目內容我首先閱讀了大量的相關書籍和資料，這使我在腦海中產生出設計的雛形，接下來就這個構想將整個設計分為 VHDL 硬件描述語言的裝置器件 FPGA/CPLD 的介紹、 VHDL 語言對電子鐘的設計 部分。分別對每一部分翻閱了相關的資料，逐步的選定方案與電路設計程序。 在用 VHDL 語言編好后，在計算機上又對程序進行了仿真，修改了程序中的錯誤，這樣整個系統基本完成，最后撰寫了這篇論文，至此，全部設計都進行完畢。 VHDL 語言通俗易懂，并且更有益撐握模塊工作原理，從而能夠更好的理解系統 功能。它還具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數字系統進行建模和描述，從而大大地簡化了設計任務，提高了設計的效率和可靠性。 VHDL 支持各種模式的設計方法，具有良好的適應性，并且具有良好的電路行為描述和系統描述能力，在語言易讀性和層次化結構化設計表面表現了強大的生命力和應用潛力 本次設計重點在于對 VHDL 語言的應用，以電子鐘作為一個具體的模型進行設計。在整個設計的過程中雖然力求合理規范，也存在著一些缺憾，比如，在對電子鐘的設計中，有些功能模塊的設計不是最簡便的方式，同時肯定還有欠考慮的地方。總之，在 系統的軟硬件設計上由于能力所限，不一定是最佳選擇；一些設計方案可能存在不足，這些有待進一步檢驗。 在這次的論文設計中，我感覺自己得到了一個難得的鍛煉機會，設計中能將自己所學的理論知識同實踐相結合起來，獨立的進行分析、設計；而且培養出來一套有計劃，有步驟進行設計的習慣，將對今后的工作學習有非常大的幫助，在設計中查閱了大量的資料，豐富了自己的知識，擴展了視野；加強了對計算機的應用能力。通過此次設計，進一步掌握了有關數字鐘的工作原理及相關設計知識。特別是對其各工作模塊的功能有了更深一步的了解。 在設計過程中，對 VHDL 語言的運用能力也得到了提高。同時，還深刻體會到了 黃河科技學院畢業設計說明書 第 30 頁 VHDL 在功能設計中所具有的優越性。 總之，這次設計，對自己 的 大學 學習生活做了一個總結，為即將結束的大學生活有個全新的理念。 黃河科技學院畢業設計說明書 第 31 頁 致 謝 本文是在 董雪峰 導師的悉心指導和嚴格要求下完成的，從課題選擇、方案論證到具體的設計，無不凝聚著 董 老師的心血和汗水。 董 老師以其嚴謹求實的治學態度、高度的敬業精神、兢兢業業、孜孜以求的工作作風和大膽創新的進取精神對我產生重要影響。他 淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。 同時 還要感謝同學 們 對我的無私幫助，使我得以順利完成論文。在此我衷心的感謝他們 ！ 最后，再次對關心、幫助我的老師和同學表示衷心地感謝！ 黃河科技學院畢業設計說明書 第 32 頁 參考文獻 [1] 潘松 ， 黃繼業 .EDA技術實用教程 ： VHDL版（第四版） .科學出版社 [M].. [2] 張強 .基于 FPGA的多功能數字鐘的設計與實現 [J].儀器儀表用戶 ， 2020， 15(6)：103104. [3] 盧毅，賴杰 .VHDL 與數字設計 [M].北京 :科技出版社出版 .2020. [4] 符興昌 .EDA 技術在數字系統設計分析中的應用 [J].微計算機信息， 2020， 5(2)：268269. [5] 張強 .淺析數字鐘在實際調試中出現的問題 [J].儀器儀表用戶 ， 2020， 16(2)：119120. [6] 曹瑞 .基于 EDA 技術進行數字 電路設計的研究 [J].微計算機信息， 2020， 7(2)：273275. [7] 陳溢文，許勇， 潘明 .汽車電子鐘的優化設計及誤差控制 [J].汽車電器 ， 2020，45(2)： 57. [8] 林芝松 .能自動校時電波鐘表 [J].無線電 ， 2020， 54(5)： 8487. [9] 候伯享 ， 顧新 . VHDL 硬件描述語言與數字邏輯電路設計 [M]. 西安 ： 電子科技大學出版社 .2020. [10] Altera Corporation. Altera Digital Library[J]. Alter 2020:12 [11] Xilinx Inc. Data Book 2020[J]. Xilinx,2020:23 [12] VHDL Language Reference Guide[J], Aldec NV USA,1999:12 [13] VHDL Reference Guide,Xilinx Jose USA[J],1998:34