基于FPGA的数字时钟设计.doc

1、 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 毕业设计（论文） 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 题 草鱼 目 ： pork 基于 FPGA 的数字时钟 设计 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 学生 姓名 ： p o r k 学 草鱼 草鱼 草鱼 号 ： p o r k 所在 学 院 ： p o r k 专业 班级 ： p o r k 届 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 别 ： por k 指导教师 ： p o r k 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺 书 草鱼 草鱼 1.本人郑重承诺 ： P ORK所提交的毕业设计（论文） ， 鲤鱼题目基于 FPGA 的数字 时钟 设计是

2、本人在指导教师指导下 独立完成的 ， 鲤鱼 没有弄虚作假 ，鲤鱼没有抄袭 、 P OR K剽窃别人的内容 ； P ORK 草 鱼草鱼 2.毕业设计（论文）所使用的相关资料 、 P ORK数据 、 P ORK观点等均真实可靠 ， 鲤鱼文中所有引用的他人观点 、 P ORK材料 、 P ORK数据 、 P ORK图表均已标注说明来源 ； P ORK 草 鱼草鱼 3. 草鱼毕业设计（论文）中无抄袭 、 P ORK剽窃或不正当引用他人学术观点 、 P ORK思想和学术成果 ， 鲤鱼伪造 、 P ORK篡改数据的情况 ； P ORK 草 鱼草鱼 4.本人已被告知并清楚 ： P ORK学校对毕业设计（论文

3、 ）中的抄袭 、 P ORK剽窃 、 P ORK弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理 ， 鲤鱼 并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格 ， 鲤鱼无法正常毕业 、 P ORK取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书 、 P ORK学士学位证书等严重后果 ； P ORK 草 鱼草鱼 5.若在省教育厅 、 P ORK学校组织的毕业设计（论文）检查 、 P ORK评比中 ， 鲤鱼被发现有抄袭 、 P ORK剽窃 、 P ORK弄虚作假等违反学术规范的行为 ， 鲤鱼本人愿意接受学校按有关规定给予的处理 ， 鲤鱼并承担相应责任 。 草鱼 草鱼 草 鱼草鱼 草鱼 学生（签名） ： PORK 草 鱼草鱼

4、草 鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 日期 ： P ORK 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼年 草鱼 草鱼 草鱼月 草鱼 草鱼 草鱼日 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 目 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼录 草鱼 草鱼 前言 . 2 草鱼 1 绪论 . 3 草鱼 1.1 课题研究背景 .3 草鱼 1.2 国内外研究现状 .3 草鱼 2 草鱼 关键技术的探讨 . 3 草鱼 2.1 草鱼 FPGA 技术简介 .3 草鱼 2.2 草鱼 VERILOG 草鱼 HDL.4 草鱼 2.3 草 鱼 VHD

5、L .5 草鱼 2.4 草鱼 VERILOG 草鱼 HDL 和 VHDL 的比较 .5 草鱼 2.5 草鱼 设计所涉及的软件 .6 草鱼 3 草 鱼 数字时钟的设计原理 . 6 草鱼 3.1 草鱼 数字时钟 .6 草鱼 3.2 草鱼 数字时钟构成 .6 草鱼 3.3 各功能模块工作原理 .6 草鱼 4 草鱼 数字时钟的系统设计方案 . 7 草鱼 4.1 草鱼 工作原理和系统框图 .7 草鱼 4.2 草鱼 程序流程图 .8 草鱼 5 草鱼 数字时钟的模块仿真 . 11 草鱼 5.1 草鱼 10 进制模块仿真 . 11草鱼 5.2 草鱼 24 进制模块仿真 . 11草鱼 5.3 草鱼 60 进制模

6、块仿真 . 11草鱼 5.4 草鱼 分频模块 . 11草鱼 5.5 草鱼 触发器模块 . 12草鱼 5.6 草鱼 译码显示模块 . 12草鱼 6 草鱼 总结与展望 . 13 草鱼 参考文献 ： PORK . 14草鱼 草鱼 草鱼 草 鱼 草鱼 草鱼 草鱼 基于 FPGA 的数字 时钟 设计 草鱼 草鱼 草鱼 学生 ： pork刘晓晴 （ 指导老师 ： pork傅思勇） 草鱼 （皖西学院信息工程学院） 草鱼 摘 草鱼 要 :在 生活中 ， 鲤鱼 经常会遇到需要用 时间 来测量参数 ， 鲤鱼 继而用来生产生活 。 草鱼 数字电路使用 FPGA 进行设计灵活通用 ， 鲤鱼 让 FPGA 设计电路成为

7、现代数字电路设计的首选方式之一 。 草鱼 本文的时钟设计是在Quartus软件环境下 ， 鲤鱼 利用 VHDL 描述逻辑 ， 鲤鱼 使用自顶向下模式的利用 FPGA 设计的一个数字时钟 。草鱼 本系统由按键控制数字时钟的清零 和 停启 ， 鲤鱼 可 以分别显示时 ， 鲤鱼 分 ， 鲤鱼 秒 。 草鱼 这次实验 运用的是 FPGA 技术 ，鲤鱼 采用的 VHDL 汇编语言 ， 鲤鱼 结合各个模块再在 Quartus 草鱼 II 仿真软件上进行仿真 。 草鱼 其中的 FPGA 技术是这基于 FPGA 的数字时钟设计 2 次实验的亮点 ， 鲤鱼 它容易掌握 ， 鲤鱼 各模块分工清晰 ， 鲤鱼 在仿真

8、软件上易于操作 ， 鲤鱼 还可以适应许多种环境 ， 鲤鱼总的系统性能指标是非常有保障的 。 草鱼 草鱼草鱼 关键词 : 草鱼 数字时钟 ； porkFPGA； porkVHDL； porkQuartus 草鱼 II 草鱼 草鱼 The 草鱼design 草鱼 of 草鱼Digital 草鱼 Clock 草鱼based 草鱼on 草鱼FPGA 草鱼 Student: 草鱼 Liu 草鱼 Xiaoqing(Faculty 草鱼 Adviser： por kFu 草鱼 Siyong)草鱼 (College 草鱼 of 草鱼 Information 草鱼 Engineering, 草鱼 West 草鱼

9、 Anhui 草鱼 University)草鱼 Abstract: 草鱼 In 草鱼 our 草鱼 life, 草鱼 often 草鱼 need 草鱼 to 草鱼 use 草鱼 a 草鱼 clock 草鱼 to 草鱼 measure 草鱼 parameter, 草鱼 and 草鱼 then 草鱼 used 草鱼 for 草鱼production 草鱼 and 草鱼 living. 草鱼 It 草鱼 has 草鱼 become 草鱼 a 草鱼 popular 草鱼 method 草鱼 to 草鱼 design 草鱼 digital 草鱼 circuit 草鱼 by 草鱼 using 草鱼 FPG

10、A 草鱼because 草鱼 of 草鱼 its 草鱼 flexibility 草鱼 and 草鱼 versatility. 草鱼 This 草鱼 design 草鱼 use 草鱼 VHDL 草鱼 language 草鱼 means 草鱼 for 草鱼 the 草鱼 system 草鱼design 草鱼 documents 草鱼 in 草鱼 草鱼 Quartus 草鱼 II 草鱼 tools 草鱼 environment, 草鱼 atop-down 草鱼 design, 草鱼 by 草鱼 the 草鱼 various 草鱼 modules 草鱼together 草鱼 草鱼 build 草鱼 a

11、 草鱼 FPGA-based 草鱼 草鱼 digital 草鱼 clock 草鱼 . 草鱼 The 草鱼 system 草鱼 can 草鱼 complete 草鱼 the 草鱼 hours 草鱼 ,minutes 草鱼 草鱼 , 草鱼 and 草鱼 seconds 草鱼 草鱼 respectively 草鱼 草鱼 , 草鱼 草鱼 using 草鱼 keys 草鱼 to 草鱼 cleared 草鱼 , 草鱼 草鱼 start 草鱼 and 草鱼 stop 草鱼 thedigital 草鱼 clock. 草鱼 The 草鱼 FPGA 草鱼technology 草鱼 is 草鱼 the 草鱼 hig

12、hlight 草鱼 of 草鱼 the 草鱼 experiment, 草鱼 it 草鱼 is 草鱼 easy 草鱼 to 草鱼 grasp, 草鱼 clear 草鱼 division 草鱼 of 草鱼 labor, 草鱼 various 草鱼modules 草鱼 on 草鱼 the 草鱼 simulation 草鱼 software 草鱼 is 草鱼 easy 草鱼 to 草鱼 operation, 草鱼 also 草鱼 can 草鱼 adapt 草鱼 many 草鱼 kinds 草鱼 of 草鱼environment, 草鱼 the 草鱼 overall 草鱼 system 草鱼 perfo

13、rmance 草鱼 is 草鱼 guaranteed.草鱼 Keywords: 草鱼 digital 草鱼 clock;pork 草鱼 FPGA 草鱼 ;pork 草鱼 VHDL;por k 草鱼 Quartus 草鱼 II 草鱼草鱼 前言 草鱼 随着时代的进步与科技的发展 ， 鲤鱼 人们的生活水平也越来越好 ， 鲤鱼 而电子产品的革新换代 ，鲤鱼 见证了近年来社会生活日新月异的发展 ， 鲤鱼 显示了电子产品对生活的快速反应 ， 鲤鱼 也体现了其对时代变化的敏感与及时跟进的作风 。 草鱼 由于会经常用到相关的电子产品 ， 鲤鱼 而测量这些电子产品的仪器从技术方面上说 ， 鲤鱼 它的历史发展历程

14、为 ： pork在 70 年代以前主要是依靠两大技术的发展而发展的 ， 鲤鱼 即电子技术和电子测量技术 ， 鲤鱼 同时伴随着这些技术 的提高 ， 鲤鱼电子测量这方面的技术也得到了很好的发展 ， 鲤鱼 在此期间也出现了许多新 的仪器设备 。 草鱼但是在后期才是迅猛发展的阶段 ， 鲤鱼 依稀还可以记得 ， 鲤鱼 在父母那个 年代 电脑 还有软件以及微电子技术等相继出现在生产生活中 。 草鱼 在以前如果听到了电子产品 ， 鲤鱼 都会觉得那是非常具有科技水平的 ， 鲤鱼 现如今我们人手都会有很多电子产品 ， 鲤鱼 甚至普及到了我们生活的各个角落 。 草鱼草鱼 在现在 的数字电路中或者是硬件设计中 ，

15、鲤鱼 我们会发现经常会用到时钟 。 草鱼 但是它应用到实基于 FPGA 的数字时钟设计 3 际当中电路的连线会显得有些麻烦 ， 鲤鱼 在实际测量时也会出现或多或少的 延时 ， 鲤鱼 会产生一定的测量误差 ， 鲤鱼 并且稳定性差 3。 草鱼 如今伴随着科技的发展 ， 鲤鱼 FPGA 受益匪浅 ， 鲤鱼 得到了很好的 开发与发展 ， 鲤鱼 经常把 EDA 当作 载体 ， 鲤鱼 并且 结合 VHDL 等硬件描述 语言 ， 鲤鱼 让 整个数字电路系统 变的 简单明了 ， 鲤鱼 从而大大的提升 了数字电路系统的 总体的 效率 。 草鱼草鱼 1 绪论 草鱼 1.1 课题研究背景 草鱼 在 我们 的生活中

16、可以发现 ， 鲤鱼 很多的物 理参数都是可以互相转换的 ， 鲤鱼 比如周期 ， 鲤鱼 时间 。 草鱼而我们如果测量 周期 就可以顺利的得到可以通过它转换的物理量 。 草鱼 例如可以利用 周期 得到 时间 ， 鲤鱼 同时得到 相位也是完全可以的 。 草鱼草鱼 在许多软件测试中 ， 鲤鱼 测试员只需要用 时间周期 测量相应的产品的 周期 就可以筛选出有问题的次品 ， 鲤鱼 从而可以保证电子产品的品质和质量 。 草鱼 上世纪 80 年代开会出现 FPGA， 鲤鱼 而使用 FPGA 进行电路设计也逐渐的到广泛应用 。 草鱼 随着科学技术的飞速发展 ， 鲤鱼 电子产品更新换代的周期也随之变短 。 草鱼草

17、鱼 1.2 国内外研究现状 草鱼 近年来 ， 鲤鱼 越来越多的技术人员开始从事电子时钟多样化的研究 ， 鲤鱼 其发展历史已经有很长的 时间了 ， 鲤鱼 但 是如果说 真正 数字时钟 ， 鲤鱼 也就是 也就在五十或六十年代开始的 。 草鱼 全 球电子的高端品牌苹果就刚推出最新的电子商品 IWSTCH,受到各界关注 。 草鱼 大家以有而炫耀自己的财富 。 草鱼 纵观 国内外 电子产品的 发展 ， 鲤鱼 时钟的功能 是日新月异 ， 鲤鱼 其 精准度和 功能度 也在逐渐的提升 。 草鱼 可以说 几乎 提升一个数量级的时间只需要两三年就可以完成 。 草鱼草鱼 2 草鱼关键技术的探讨 草鱼 2.1 草鱼F

18、PGA 技术简介 草鱼 2.1.1 草鱼FPGA 的概述 草鱼 FPGA 发展历程为 ： pork先是电子管的发明应用 ， 鲤鱼 继而是晶体管的创新应用 ， 鲤鱼 接着是是小规模集成电路 ， 鲤鱼 然后就开始了大规模集成电路的广泛应用 。 草鱼 直 到 发展到 21 世 纪 ， 鲤鱼 相继出现了存储器 、 pork处理器和逻辑设备等不同的数字逻辑设备 。 草鱼 大体来说 ， 鲤鱼 它们对数字化的电路 的发展都有 非同小可的意义与贡献 。 草鱼草鱼 FPGA 是 Xilinx 公司 旗下的产品 ， 鲤鱼 产品问世至今已有 30 年的历史 ， 鲤鱼 它是属于 高密度可编程逻辑器件 ， 鲤鱼 应用非

19、常广泛 ， 鲤鱼 其可用门也从 1000 革新到如今的 数以千计的 可用门 。 草鱼近些年比较流行的 FPGA 大多都是基于查表技术得到的 ， 鲤鱼 在功能上与性 能上也远比传统基于 FPGA 的数字时钟设计 4 的工艺丰富 ， 鲤鱼 而且也总结了相应的经常使用的很多功能 。 草鱼草鱼 相对于以前的电子系统 ， 鲤鱼 FPGA 有着不可逾越的优势 ， 鲤鱼 它的功耗小 ， 鲤鱼 稳定性强 。 草鱼 使那些电子系统的问题都迎刃而解 。 草鱼 而且 FPGA 还有着一些其他的优点 ， 鲤鱼 如开发周期短 、 pork投入少 、 por k芯片价格低等 。 草鱼草鱼 2.1.2 草鱼FPGA 的发展

20、历程 草鱼 在这个世界上 ， 鲤鱼 我们每个人的人生无论是成功还是失败 ， 鲤鱼 我们都需要经历荆棘坎坷 ， 鲤鱼也许我们会得到也许我们会失去 。 草鱼 而事物也是一样 ， 鲤鱼 它也许会发展壮大也许会消失匿迹 。草鱼 很多东西都是不可避免的 。 草鱼 首个 FPGA 产品 XC2046 在 30 年前出现了 ， 鲤鱼 轰动全球 ， 鲤 鱼 但是这个产品兵不是很完美 ， 鲤鱼 因为它沿用 了 2um工艺 。 草鱼 由于当时的技术有限 XC2046 这个产品中的晶体管 、 pork逻辑器件和门的个数是非常少的 。 草鱼 但是随着近几年的科技发展 ， 鲤鱼 Altera和 Xilinx 公司推出了

21、该系列的新产品 ， 鲤鱼 草鱼 现在大多数产品都革新到六十五纳米的 工艺 。 草鱼 草鱼草鱼 2.1.3 草鱼FPGA 的工作原理 草鱼 FPGA 的工作方式是由寄存在存储器之中的相应的值来控制的 ， 鲤鱼 主要控制 逻辑功能还有模块之间出入输出接口的衔接方式 ， 鲤鱼 最终决定了 FPGA 产品 能够完成怎样的工作 ， 鲤鱼 且FPGA 技术在硬件条件 允许的情况下可以无限次的编程 6。 草鱼 草鱼 2.1.4 草鱼FPGA 的特点 草鱼 FPGA 在电子设计中的设计周期比较短 ， 鲤鱼 设计中存在的风险比较小 ， 鲤鱼 最重要的是其在电子设计中的应用能够与 CMOS 电平和 TTL 电平都

22、兼容 。 草鱼 并 且开发费用还低 ； porkFPGA 产品 具有许多优点 ： pork许多 I/O 引脚与触发器 、 pork可以用于个各种开发环境 、 pork采用 ASIC 芯片电路 ， 鲤鱼 、p ork可提高系统集成度和稳定性 。 草鱼 草鱼 2.2 草鱼Verilog 草鱼HDL草鱼 2.2.1 草鱼Verilog 草鱼HDL 的概述 草鱼 面向电路设计的每一个 VHDL 程序本身就是对不同功能与性能的电路模块的完整描述 。草鱼 由此 ， 鲤鱼 通常来说 ， 鲤鱼 一个 VHDL 程序对应一片硬件电路功能模块 ， 鲤鱼 它可以对应一片74LS190、 pork一片译码器 ， 鲤鱼

23、 甚至是一片 8051 单片机 。 草鱼 相比之下 ， 鲤鱼 它和普通的软件程序不同 ，鲤鱼 VHDL 程序具有鲜明的特色和固有的结构 。 草鱼 本章下面主要介绍 VHDL 的结构和 常用的语句 。 草鱼草鱼 2.2.2 草鱼Verilog 草鱼HDL 的程序 草鱼 基于 FPGA 的数字时钟设计 5 我们在用 Verilog 草鱼 HDL 编程时 ， 鲤鱼 是明显可以感觉 到 ， 鲤鱼 运用此语言所编写的程序其简洁明了 ， 鲤鱼 思路清晰 ， 鲤鱼 非常有调理 。 草鱼 但是如果我们从形式上来看 ， 鲤鱼 它的每一段程序中都会有相同的两个语句 ， 鲤鱼 分别是 草鱼 endmodule 和

24、module。 草鱼 其实在它们两者之间是嵌套着模块的程序的 。 草鱼 ， 鲤鱼 并且各自有着不同的性 能 。 草鱼 草鱼草鱼 2.2.3 草鱼Verilog 草鱼HDL 的特点 草鱼 Verilog 草鱼 HLD 的特点主要有 ： pork结构简洁明了 、 pork模块之间各司其职 、 pork功能 模块之间得到充分利用 、 pork其表达式拥有位 、 pork逻辑和算数等不同的 运算 符 ； pork可以根据设计人员的需求而自定义设计功能操作 ， 鲤鱼 而且相对较为简单 。 草鱼草鱼 2.3 草鱼VHDL 草鱼 2.3.1 草鱼VHDL 的概述 草鱼 在 VHDL 中 ， 鲤鱼 结构体是非

25、常重要的 ， 鲤鱼 它是用来表达实体的行为与结构 ， 鲤鱼 我们需要运用许多基本的语言常用语句来对其进行相关描述 ， 鲤鱼 VHDL 除了具备类似于计算机高级语言所具备的一般文字规则之外 ， 鲤鱼 还包含许多特有的文字规则和表达方式 。 草鱼 草鱼 2.3.2 草鱼VHDL 的特点 草鱼 VHDL 其主要特点如下 ： pork语言的 描述能力强 ； pork设计技术齐全 ， 鲤鱼 方法灵活 ； pork具有相对的独立性 ； pork适合共享和复用 ； pork有丰富的库函数和仿真语言 ； pork数据类型丰富 ， 鲤鱼 安全性好 ； pork生命周期 长 ； p ork易于实现系统的更新与升级

26、 。 草鱼草鱼 面向电路设计的每一个 VHDL 程序本身就是对不同功能与性能的电路模块的完整描述 。草鱼 由此 ， 鲤鱼 通常来说 ， 鲤鱼 一个 VHDL 程序对应一片硬件电路功能模块 ， 鲤鱼 它可以对应一片74LS190、 pork一片译码器 ， 鲤鱼 甚至是一片 8051 单片机 。 草鱼 相比之下 ， 鲤鱼 它和普通的软件程序不同 ，鲤鱼 VHDL 程序具有鲜明的 特色和固有的结构 。 草鱼 本章接下来主要介绍 VHDL 语言 ， 鲤鱼 无论一个整体的 VHDL 程序是简单还是复杂 ， 鲤鱼 通常都是由实体 、 pork结构体 、 pork库 、 pork配置和包五个部分构成的 。

27、草鱼草鱼 2.4 草鱼Verilog 草鱼HDL 和 VHDL 的比较 草鱼 2.4.1 草鱼共同点 草鱼 它们都可以实现完整的逻辑功能 ； pork通过仿真软件设计硬件电路 ， 鲤鱼 把功能用语言描述出来 ，鲤鱼 加载到电路中 ， 鲤鱼 都是可以 确保整个系统设计稳定可靠的 。 草鱼 语言的描述能力强 ， 鲤鱼 它们 都 比较好学习 ， 鲤鱼 易于接受 。 草鱼 草鱼草鱼 2.4.2 草鱼不同点 草鱼 基于 FPGA 的数字时钟设计 6 Verilog 草鱼 HDL 在语法上与 C 语言非常接近 ， 鲤鱼 通俗易懂 。 草鱼 但是 VHDL 的使用范围比 Verilog 草鱼 HDL 更加广

28、泛 ， 鲤鱼 它在 EDA 的仿真与设计环境中统统适用 。 草鱼 所以说它们两个各有千秋 。 草鱼草鱼 2.5 草鱼设计所涉及的软件 草鱼 2.5.1 草鱼Quartas 草鱼 的介绍 草鱼 Quartas 草鱼 在 50 年前并没有得到 很好的开发 ， 鲤鱼 到如今才被 广泛应用 。 草鱼 我们所学到的 EDA技术都可以在这个软件上仿真 。 草鱼 同时也为 FPGA 的开发提供了环境 。 草鱼草鱼 在这个世界上 Alrera 作 为可编程器件的最具有影响力的提供商之一 。 草鱼 它 所生产 的 Quartas 草鱼 是非常完美的产品 ， 鲤鱼 它不仅 为使用者创造了相对完善 设计环境 ， 鲤

29、鱼 而且它本身也是能够适应多种环境 的设计需求 。 草鱼 以此同时 ， 鲤鱼 Quartas 草鱼 也 是 具有仿真功能 的 。 草鱼草鱼 3 草鱼数字时钟 的设计原理 草鱼 3.1 草鱼数字 时钟 草鱼 数字时钟是为了满足人们日常生活需要的一种装置 。 草鱼 随着人们的需求不断提高 ， 鲤鱼 对时间的重视让钟表的电子化多样化 成为一种趋势 。 草鱼草鱼11。草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 机械式钟表过于单一 ， 鲤鱼 使用寿命太短 ， 鲤鱼 数字时钟使用起来更加方便准确 。 草鱼草鱼 3.2 草鱼数字时钟构成 草鱼 本文的时钟设计是在 Quartus软件环境下 ， 鲤鱼 使用 VHDL 语

30、言对逻辑进行描述 ， 鲤鱼 利用 FPGA 设计的一个数字时钟 。 草鱼 本设计功能实现 ： pork草鱼 （ 1） 计时 功能 ： p ork显示时间 ， 鲤鱼 以一天 24 小时循环 草鱼 （ 2） 校时功能 ： p ork当本时钟设计的时间发生错误时 ， 鲤鱼 可以按相应按键进而恢复循环 草鱼 （ 3）报时功能 ： p ork整点的时候由蜂鸣器报时 草鱼 3.3 各功能模块 工作原理 草鱼 本文中利用 FPGA 设计的电子时钟设计由 包含了分频模块 ， 鲤鱼 时钟模块 ， 鲤鱼 校时模块 ， 鲤鱼 数据译码模块和整点报时模块 。 草鱼 各模块的工作原理为 :草鱼 （ 1） 分频模块 ：

31、por k草鱼 本设计中采用 20MHz 的有源晶振提供脉冲时钟 ， 鲤鱼 而数字电子时钟的设计需要获得 1Hz的占空比为 50%的时基脉冲 ， 鲤鱼 并且获得译码显示模块中需要的 2kHz 的方波信号 ， 鲤鱼 同时整点报时功能模块也需要获得不同频率的信号 ， 鲤鱼 进而产生不同音调的声音 。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 设计中需要使用 VHDL 语言编程 ， 鲤鱼 对原始的 20MHz 的有源晶振进行分频设计 ， 鲤鱼 分别进行一万分频和两千万分频 。 草鱼草鱼 基于 FPGA 的数字时钟设计 7 （ 2） 时钟模块 ： por k草鱼 计时模块根据时钟的六十进制和二十四进制分别进行设计 ， 鲤

32、鱼 利用计数器原理 ， 鲤鱼 进行60-60-24 的秒 -分 -时的级联结构设计 ， 鲤鱼 利用同步时序电路的原理实现 。 草鱼 在时钟正常工作的情况下 ， 鲤鱼 三个级联的计数器的基础时钟信号均是 1Hz， 鲤鱼 秒计数器对此基础时钟脉冲进行第一级计数 ， 鲤鱼 然后将第一级秒计数器的进位输出作为第二级分计数器的使能信号输送给分计数器 ， 鲤鱼 同理 ， 鲤鱼 将第二级分计数器的进位输出信号作为第三级时计数器的使能信号 ，鲤鱼 从而实现正常时钟的进位设计 。 草鱼草鱼 （ 3） 校时 模 块 ： por k草鱼 正常的数字电子时钟都是能调整时间的 ， 鲤鱼 本设计同样能够实现这个功能 ，

33、鲤鱼 当数字时钟出现时间偏差时 ， 鲤鱼 可以通过预留的分钟调整按键和小时调整按键进行分钟计数和小时计数的调整 。 草鱼 当按下分钟调整按键时 ， 鲤鱼 相当于分钟计数器的使能位持续有效 ， 鲤鱼 每一个时基脉冲都会使分钟数器增加 1。 草鱼 同理 ， 鲤鱼 当按下时调整键时 ， 鲤鱼 相当于时计数器的使能位持续有效 ， 鲤鱼 每一个时基脉冲都会使小时计数器增加 1。 草鱼 这样 ， 鲤鱼 即可实现小时和分钟的调整 。 草鱼草鱼 （ 4）数据译码模块 ： por k草鱼 译码显示模块利用传统的 6 位 8 段数码管动态 。 草鱼 原理上利用 74151 数据选择器选择信号 ，鲤鱼 然后利用 7

34、4248 显示译码器得到数码管的段选信号 ， 鲤鱼 同时 ， 鲤鱼 分频模块中的 2kHz 的方波信号经过 74160 计数器得到的分频信号驱动 74151 和 74138 译码器产生位选信号 。 草鱼草鱼 （ 5） 整点 报时模块 ： por k草鱼 整点报时模块功能的实现也比较普遍 ， 鲤鱼 原理也很简单 ， 鲤鱼 当分钟计数器达到 59， 鲤鱼 同时秒钟计数器达到 53,55,57 和 59 时会产生不同频率的蜂鸣声 ， 鲤鱼 提醒整点 。 草鱼 为了达到倒数的计时音效 ， 鲤鱼 当秒钟计数器为 53,55,57 时 ， 鲤鱼 报时频率偏低一些 ， 鲤鱼 设置为 512Hz， 鲤鱼 而当

35、秒钟计数器为 59 时 ， 鲤鱼 报时频率偏高一些 ， 鲤鱼 设置为 1kHz。 草鱼 这样 ， 鲤鱼 就能产生形象的近似倒数的计时音效 。 草鱼草鱼 4 草鱼数字 时钟 的系统设计 方案 草鱼 4.1 草鱼工作原理和系统框图 草鱼 利用 EDA 技术 ， 鲤鱼 使用 FPGA， 鲤鱼 CPLD 等数字芯片 ， 鲤鱼 可以简单方便的进行数字电路的设计 。草鱼 本文设计的数字时钟的工作原理图如图 1 所示 ， 鲤鱼 利用分频模块 ， 鲤鱼 时钟模块 ， 鲤鱼 校时模块 ，鲤鱼 数据译码模块和整点报时模块可以实现和完善基本的数字电路设计 。 草鱼 原理中最核心 的部分就是时钟模块 ， 鲤鱼 利用三

36、级 60-60-24 的级联进位制实现时钟的进位功能 ， 鲤鱼 然后配合分频基于 FPGA 的数字时钟设计 8 模块获得时基脉冲和分频后不同的时钟脉冲信号 ， 鲤鱼 配合校时模块实现时钟的可调整校准功能 ， 鲤鱼 再利用数据译码模块进行实时动态时间显示 ， 鲤鱼 同时配合整点报时模块完善整点报时的功能 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 图 1 草鱼 系统框图 草鱼 4.2 草鱼程序流程图 草鱼 4.2.1 草鱼二十四 进制 流程图 草鱼 小时计数器为二十四进制 ， 鲤鱼 如图所示 ， 鲤鱼 当时基脉冲 CP 正常计数时 ， 鲤鱼 若使能信号 EN 和和 NCR 信号都为高电平时小时计数器正常计数 ， 鲤鱼 范围在 0 到 23 之间 。 草鱼 而当 EN 为 0 时 ，鲤鱼 小时计数器保持当前值 。 草鱼 而当高位的值大于 2 或者高于 23 时 ， 鲤鱼 计数器清零 ， 鲤鱼 否则 ， 鲤鱼 继续计数 。 草鱼 流程图见图 2： pork草鱼