基于FPGA的电子钟设计.doc

1、长春理工大学毕业论文 - - I 目 草鱼 草鱼 草鱼录 草鱼 第一章 草鱼 草鱼 绪 草鱼 论 1 草鱼 第二章 草鱼 草鱼 可编程逻辑器件概述及设计方案 2 草鱼 2.1 草鱼 CPLD/FPGA 概述及 VHDL 语言的特点 2 草鱼 2.2 可编程逻辑器件的分类和发展历程 4 草鱼 2.3 草鱼 EPF10K10LC84-4 芯片简介 5 草鱼 2.4 草鱼 电子时钟的设计方案 5 草鱼 第三章 草鱼 草鱼 系统电路设计 6 草鱼 3.1 草鱼 草鱼 总体设计 6 草鱼 3.2 草鱼 草鱼 显示电 路设计 8 草鱼 3.2.1 草鱼 分频器电路 9 草鱼 3.2.2 草鱼 扫描电路电路

2、 11 草鱼 3.2.3 草鱼 BCD 码多路选择器 12 草鱼 3.2.4 草鱼 BCD 译码器 12 草鱼 3.2.5 草鱼 位选码电路 14 草鱼 3.3 草鱼 电子时钟计数器电路设计 14 草鱼 3.3.1 草鱼 秒和分计数器设计 14 草鱼 3.3.2 草鱼 小时计数器设计 16 草鱼 总 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 结 21 草鱼 参考文献 22 草鱼 致 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 谢 错误 !未定义书签。 草鱼 长春理工大学毕业论文 1 第一章 草鱼 草鱼 绪 草鱼 论 草鱼 时钟 ， 鲤鱼 自从它发明的那天起 ， 鲤鱼 就成为人类的朋友 ， 鲤鱼 但随着时间的推移 ， 鲤鱼 科

3、学技术的不断发展 ， 鲤鱼 人们对时间计量的精度要求越来 越高 ， 鲤鱼 应用越来越广 。 草鱼 现今 ， 鲤鱼 高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器 ， 鲤鱼 由于电子钟 ， 鲤鱼 石英表 ， 鲤鱼 石英钟都采用了石英技术 ， 鲤鱼 因此走时精度高 ， 鲤鱼 稳定性好 ， 鲤鱼 使用方便 ， 鲤鱼 不需要经常调校 ， 鲤鱼数字式电子钟用集成电路计时时 ， 鲤鱼 译码代替机械式传动 ， 鲤鱼 用 LED 显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间 ， 鲤鱼 减小了计时误差 ， 鲤鱼 这种表具有时 ， 鲤鱼 分 ， 鲤鱼 秒显示时间的功能 ， 鲤鱼 还可以进行时和分的校对 ， 鲤鱼 片选的

4、灵活性好 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 20 世纪末 ， 鲤鱼 电子技术获得了飞速的发展 ， 鲤鱼 在其推动下 ， 鲤鱼 现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域 ， 鲤鱼 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高 ， 鲤鱼 同时也使现代电子产品性能更进一步 ， 鲤鱼 产品更新 换 代的节奏也越来越快 。 草鱼草鱼 现代电子设计技术的核心是 EDA 草鱼 ( 草鱼 Electronic 草鱼 Design 草鱼 Automation 草鱼 ) 草鱼 技术 。 草鱼 EDA技术就是依赖功能强大的计算机 ， 鲤鱼 在 EDA 工具软件平台上 ， 鲤鱼 对以硬件描述语言HDL 草鱼 (Ha

5、rdware 草鱼 Description 草鱼 Language)为系统逻辑描述手段完成 的设计文件 。 草鱼 草鱼20 世纪 80 年代末 ， 鲤鱼 出现了 FPGA（ Field 草鱼 Programmable 草鱼 Gate 草鱼 Array） ,CAE 和 CAD技术的应用更为广泛 ， 鲤鱼 它们在 PCB 设计的原理图输入 ， 鲤鱼 自动布局布线及 PCB 分析 ， 鲤鱼 以及逻辑设计 、 pork逻辑仿真 、 pork布尔综合和化简等方面担任了重要的角色 ， 鲤鱼 为电子设计自动化必须解决的电路建模 、 pork标准文档及仿真测试奠定了基础 。 草鱼 硬件描述语言是 EDA 技术

6、的重要组成部分 ， 鲤鱼 VHDL 是作为电子设计主流硬件的描述语 言 。草鱼 本论文就是应用 VHDL 语 言来实现 秒表 的电路设计 。 草鱼 VHDL 语言是标准硬件描述语言 ， 鲤鱼 它的特点就是 能形式化抽象表示电路结构及行为 ， 鲤鱼 支持逻辑设计中层次领域的描述 ， 鲤鱼 借用了高级语言的精巧结构简化电路描述 ， 鲤鱼 具有电路模拟与验证及保证设计的正确性 ， 鲤鱼 支持电路由高层向低层的综合变换 ， 鲤鱼 便于文档管理 ， 鲤鱼 易于理解和设计重用 。 草鱼 草鱼 本课题选用了 Altera 公司的 FPGA 产品并以其专门开发软件为平台 ， 鲤鱼 运用 VHDL硬件描述语言设

7、计一个电子时钟 。 草鱼 CPLD/FPGA 以高集成度 、 pork高速度和高可靠性而著称 ， 鲤鱼 运用 FPGA 进 行产品开发 ， 鲤鱼 其开发周期短 ， 鲤鱼 投资风险小 ， 鲤鱼 产品上市速度快 ， 鲤鱼 决定其有着无比的市场前景 ， 鲤鱼 是现代 EDA 技术中广泛运用的硬件 。 草鱼草鱼 该系统通过 VHDL 语言和原理图混合应用的方式来实现电子时钟的设计 ， 鲤鱼 并下载到硬件之中进行验证 。 草鱼 我们将电子时钟的设计分成了四大模块 ， 鲤鱼 分别是时间计数器模块 ； por k键盘控制模块 ； pork显示电路模块和时间调整模块 。 草鱼草鱼 本次设计主要让我们掌握 CP

8、LD/FPGA 的研发过程 ， 鲤鱼 掌握 VHDL 语言的编程思想及过程 ， 鲤鱼 以及电子时钟基本功能和实现的基本原理 。 草鱼 草鱼 草鱼 长春理工大学毕业论文 2 第二章 草鱼 草鱼 可编程逻辑器件概述及设计方案 草鱼 可编程逻辑器 件 PLD（ Programmable 草鱼 Logic 草鱼 Device）是 20 世纪 70 年代发展起来的一种新的集成器件 。 草鱼 PLD 是大规模集成电路技术发展的产物 ， 鲤鱼 是一种半定制的集成电路 ， 鲤鱼 结合计算机的软件技术（ EDA 技术）可以快速 、 pork方便地构建数字系统 。 草鱼草鱼 2.1 草鱼 CPLD/FPGA 概述

9、及 VHDL 语言的特点 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 1、 porkCPLD/FPGA 概述 草鱼 不论是简单的还是复杂的数字系统都是 由基本门来构成的 ， 鲤鱼 如与门 、 pork或门 、 pork非门 、por k传输门等 。 草鱼草鱼 人们发现 ， 鲤鱼 不是所有的基本门都是必须的 ， 鲤鱼 如用与非门单一基本门就可以构成其他的基本门 。 草鱼 任何的组合逻辑函数都可以化为 “与 或 ”表达式 。 草鱼 即任何的组合电路（需要提供输入信号的非信号） ， 鲤鱼 可以用 “与门 或门 ”二级电路实现 。 草鱼 同样 ， 鲤鱼任何时序电路都可由组合电路加上存储元件 ， 鲤鱼 即锁存器

10、 、 pork触发器 、 porkRAM 构成的 。草鱼 由此人们提出了一种可编程电路结构 ， 鲤鱼 即乘积项逻辑 阵列 结构 。 草鱼草鱼 当然 ， 鲤鱼 “与 或 ”结构组成的 PLD 器件的功能比较简单 。 草鱼 此后 ， 鲤鱼 人们又从 ROM 工作原理 、 pork地址信号与输出数据间的关系以及 ASIC 草鱼 的门阵列法中获得启发 ， 鲤鱼 构造另外一种可编程的逻辑结构 ， 鲤鱼 那就是 SRAM 查表的方式 ， 鲤鱼 并使用多个查找表构成了一个查表阵列 ， 鲤鱼 称为可编程门阵列（ Programmable 草鱼 Gate 草鱼 Array） 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 可

11、编程逻辑器件的两种主要类型是现场可编程门阵列（ FPGA）和复杂可编程逻辑器件（ CPLD） 。 草鱼 草鱼 在这两类可编程逻辑器件中 ， 鲤鱼 FPGA 提供了最 高的逻辑密度 、 pork最丰富的特性和最高的性能 。 草鱼 草鱼 现在最新的 FPGA 器件 ， 鲤鱼 如 Xilinx 草鱼 Virtex系列中的部分器件 ， 鲤鱼 可提供八百万 “系统门 “（相对逻辑密度） 。 草鱼 草鱼 这些先进的器件还提供诸如内建的硬连线处理器（如 IBM 草鱼 Power 草鱼 PC） 、 pork大容量存储器 、 pork时钟管理系统等特性 ， 鲤鱼 并支持多种最新的超快速器件至器件（ device

12、-to-device）信号技术 。 草鱼 草鱼 FPGA 被应用于范围广泛的应用中 ， 鲤鱼 从数据处理和存储 ， 鲤鱼 以及到仪器仪表 、por k电信和数字信 号处理等 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 与此相比 ， 鲤鱼 CPLD 提供的逻辑资源少得多 草鱼 - 草鱼 最高约 1 万门 。 草鱼 草鱼 但是 ， 鲤鱼 CPLD提供了非常好的可预测性 ， 鲤鱼 因此对于关键的控制应用非常理想 。 草鱼 草鱼 而且如 Xilinx 草鱼CoolRunner系列 CPLD 器件需要的功耗极低 ， 鲤鱼 并且价格低廉 ， 鲤鱼 从而使其对于成本敏感的 、 por k电池供电的便携式应用（如

13、移动电话和数字手持助理）非常理想 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 FPGA 基于 SRAM 的架构 ， 鲤鱼 集成度高 ， 鲤鱼 以 LE（包括查找表 、 pork触发器及其他）为基本单元 ， 鲤鱼 有内嵌 Memory、 porkDSP 等 。 草鱼 具有易挥发性 ， 鲤鱼 需要有上电加载过程 。草鱼 在实现复杂算法 、 pork队列调度 、 pork数据处理 、 pork高性能设计 、 pork大容量缓存设计等领域中有广泛应用 ， 鲤鱼 如 Altera 草鱼 Stratix 系列 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CPLD 基于 EEPROM 工艺 ， 鲤鱼 集成度低 ，

14、鲤鱼 以 MicroCell（包括组合部分与寄存器）为基本单元 。 草鱼 具有非挥发特性 ， 鲤鱼 可以重复写入 。 草鱼 在粘合逻辑 、 pork地址译码 、 pork长春理工大学毕业论文 3 简单控制 、 por kFPGA 加载等设计中有广泛应用 ， 鲤鱼 如 Altera 草鱼 MAX3000A 系列 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 详细比较 :尽管 FPGA 和 CPLD 有很多共同特点 ,但由于 CPLD 和 FPGA 结构上的差异 ， 鲤鱼 具有各自的特点 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CPLD 更适合完成各种算法和组合逻辑 ,FP 草鱼 GA 更适合于完成时序逻

15、辑 。 草鱼换句话说 ， 鲤鱼 FPGA 更适合于触发器丰富的结构 ， 鲤鱼 而 CPLD 更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CPLD 的连续式布线结构决定了它的时序延 迟是均匀的和可预测的 ,而FPGA 的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 在编程上 FPGA 比 CPLD 具有更大的灵活性 。 草鱼 CPLD 通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程 ,FPGA 主要通过改变内部连线的布线来编程 ;porkFP 草鱼 GA 可在逻辑门下编程 ,而 CPLD 是在逻辑块下编程 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼

16、草鱼 草鱼 FPGA 的集成度比 CPLD 高 ,具有更复杂的布线结构和逻辑实现 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CPLD 比 FPGA 使用起来更方便 。 草鱼 CPLD 的编程采 用 EPROM 或FASTFLASH 技术 ， 鲤鱼 无需外部存储器芯片 ， 鲤鱼 使用简单 。 草鱼 而 FPGA 的编程信息需存放在外部存储器上 ， 鲤鱼 使用方法复杂 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CPLD 的速度比 FPGA 快 ， 鲤鱼 并且具有较大的时间可预测性 。 草鱼 这是由于 FPGA是门级编程 ， 鲤鱼 并且 CLB 之间采用分布式互联 ， 鲤鱼 而 CPLD 是逻辑块级编程

17、 ， 鲤鱼 并且其逻辑块之间的互联是集总式的 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 在编程方式上 ,CPLD主要是基于 EPROM 或 FLASH存储器编程 ,编程次数可达 1 万次 ， 鲤鱼 优点是系统断 电时编程信息也不丢失 。 草鱼 CPLD 又可分为在编程器上编程和在系统编程两类 。 草鱼 FPGA 大部分是基于 SRAM 编程 ， 鲤鱼 编程信息在系统断电时丢失 ， 鲤鱼 每次上电时 ， 鲤鱼 需从器件外部将编程数据重新写入 SRAM 中 。 草鱼 其优点是可以编程任意次 ， 鲤鱼 可在工作中快速编程 ,从而实现板级和系统级的动态配置 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CPL

18、D 保密性好 ， 鲤鱼 FPGA 保密性差 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 一般情况下 ， 鲤鱼 CPLD 的功耗要比 FPGA 大 ， 鲤鱼 且集成度越高越明显 。 草鱼 草鱼 2、 por kVHDL 语言的特 点 草鱼 （ 1）与其他的硬件描述语言相比 ， 鲤鱼 VHDL 具有更强的行为描述能力 ， 鲤鱼 从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言 。 草鱼 强大的行为描述能力是避开具体的器件结构 ， 鲤鱼 从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 （ 2） VHDL 丰富的仿真语句和库函数 ， 鲤鱼 使得在任何大系统的设计早期就能查验

19、设计系统的功能可行性 ， 鲤鱼 随时可对设计进行仿真模拟 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 （ 3） VHDL 语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能 。 草 鱼符合市场需求的大规模系统高效 ， 鲤鱼 草鱼 高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现 。 草鱼 草鱼 （ 4）对于用 VHDL 完成的一个确定的设计 ， 鲤鱼 可以利用 EDA 工具进行逻辑综合和优化 ， 鲤鱼 并自动的把 VHDL 描述设计转变成门级网表 。 草鱼 草鱼 长春理工大学毕业论文 4 （ 5） VHDL 对设计的描述具有相对独立性 ， 鲤鱼 设计者可以不懂硬件的

20、结构 ， 鲤鱼 也不必管理最终设计实现的目标器件是什么 ， 鲤鱼 而进行独立的设计 。 草鱼 草鱼 2.2 可编程逻辑器件的分类和发展历程 草鱼 可编程逻辑器件的分类很多 ， 鲤鱼 几乎每个大的可编程逻辑器件供应商都能提供具 有自身结构特点的 PLD 器件 。 草鱼 由于历史的原因 ， 鲤鱼 可编程器件的命名各异 ， 鲤鱼 在介绍可编程逻辑器件之前 ， 鲤鱼 有必要介绍几种 PLD 的分类方法 。 草鱼 较常见的是按集成度来分区分不同的 PLD 器件 ， 鲤鱼 一般可分为两大类器件 ： pork一类是芯片集成度较低的 。草鱼 另一类芯片集成度较高 的 。 草鱼 前面已经提到 ， 鲤鱼 常用的可

21、编程逻辑器件都是从 “与 或阵列 ”和 “门阵列 ”两类基本结构发展起来的 ， 鲤鱼 所以可编程器件从结构上分为两大类器件 ： por k草鱼 查找表结构器件 。 草鱼 构成可编程门 ， 鲤鱼 再构成阵列形式 。 草鱼 FPGA 是属于此类器件 。草鱼 草鱼 乘积项结构器件 。 草鱼 其基本结构为 “与 或阵列 ”的器件 ， 鲤鱼 大部分 草鱼 草鱼 简单 PLD 和CPLD 都属于这个范畴 。 草鱼 草鱼 第三种分类方法是从编程工艺上划分 ： por k草鱼 熔丝（ Fuse）型器件 。 草鱼 早期的 PROM 器件就是采用熔丝结构的 ， 鲤鱼 编程过程就是根据 设计的熔丝图文件来烧断对应的

22、熔丝达到编程目的 。 草鱼草鱼 反熔丝型器件 。 草鱼 是对熔丝技术的改进 ， 鲤鱼 在编程处通过击穿漏层使得两点之间导通 。 草鱼 与熔丝烧断获得开路正好相反 。 草鱼 某些 FPGA 采用此种编程方式 ， 鲤鱼 如 Actel公司的 FPGA 器件 。 草鱼 无论是熔丝还是反熔丝结构 ， 鲤鱼 都只能编程一次 ， 鲤鱼 因而又合称为OTP 器件 ， 鲤鱼 即一次性可编程 (One 草鱼 Time 草鱼 Programmable)器件 。 草 鱼草鱼 EPROM 型 。 草鱼 称为紫外线擦除点可编程逻辑器件 。 草鱼 是用较高的编程电压进行编程 ， 鲤鱼 当需要再次编程时 ， 鲤鱼 用紫外线

23、进行擦除 。 草鱼 与熔丝 、 pork反熔丝型不同 ， 鲤鱼 可多次编程 。 草鱼 草鱼 有时为降低生产成本 ， 鲤鱼 在制造 EPROM型器件时不加用于紫外线擦除的石英窗口 ，鲤鱼 于是就不能用紫外线擦除 ， 鲤鱼 而只能编程一次 ， 鲤鱼 也被称为 OTP 器件 。 草鱼草鱼 很 早以前人们就曾设想设计一种逻辑可再编程的器件 ， 鲤鱼 不过由于受到当时集成电路工艺技术的限制 ， 鲤鱼 一直未能如愿 。 草鱼 直到 20 世纪后期 ， 鲤鱼 集成技术有了飞速的发展 ， 鲤鱼 可编程逻辑器件才得以实现 。 草鱼草鱼 历史上 ， 鲤鱼 可编程逻辑器件经历了从 PROM(Programmable

24、 草鱼 Read 草鱼 Only 草鱼 Memory 草鱼 ),PLA(Programmable 草鱼 Logic 草鱼 Array),PAL(Programmable 草鱼 Array 草鱼 Logic 草鱼 )可重复编程GAL（ Generic 草鱼 Array 草鱼 Logic）到采用大规模集成技术的 EPLD 到 CPLD 和 FPGA的发展过程 。 草鱼 在结构 、 pork工艺 、 pork集成度 、 pork功能 、 pork速度和灵活性方面都有很大的改进和提高 。 草鱼草鱼 可编程逻辑器件大致的演变过程如下 ： por k草鱼 20 世纪 70 年代熔丝编程的 PROM 和 P

25、LA 器件是最早的可编程的逻辑器件 。 草 鱼草鱼 20 世纪 70 年代末 ， 鲤鱼 对 PLA 进行了改进 ， 鲤鱼 AMD 公司推出 PAL 器件 。 草鱼草鱼 长春理工大学毕业论文 5 20 世纪 80 年代初 ， 鲤鱼 Lattice 公司发明点可擦写的比 PAL 使用灵活的 GAL 器件 。草鱼草鱼 20 世纪 80 年代中期 ， 鲤鱼 Xilinx 公司提出现场可编程概念 ， 鲤鱼 同时产生了世界上第一片 FPGA 器件 。 草鱼 同一时期 ， 鲤鱼 Altera 公司推出 EPLD 器件 ， 鲤鱼 较 GAL 器件有更高的集成度 ， 鲤鱼 可以用紫外线或点擦除 。 草鱼草鱼 2

26、0 世纪 80 年代末 ， 鲤鱼 Lattice 公司又提出在系统可编程技术 ， 鲤鱼 并且推出了一系列具备在系统可编程能力的 CPLD 器件 ， 鲤鱼 将可编程逻辑器件的性能和应用技术推向一个全新的高度 。 草鱼草鱼 进入 20 世纪 90 年代后 ， 鲤鱼 可编程逻辑集成电路技术进入飞速发展时期 。 草鱼 器件的可用逻辑门数超过了百万门 ， 鲤鱼 并出现了内嵌复杂功能模块（如加法器 、 pork乘法器 、por kRAM、 porkCPU 核 、 porkDSP 核 、 porkPLL 等）的 SOPC(System 草鱼 on 草鱼 programmable 草鱼 chip)。 草鱼 草

27、鱼 2.3 草鱼 EPF10K10LC84-4 芯片简介 草鱼 本设计采用 EPF10K10LC84-4 芯片 ， 鲤鱼 下面将对其进行简单介绍 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 Altera 公司的 FPGA 器件 Flex10K 草鱼 EPF10K10LC84-4,FLEX(灵活逻辑单元矩阵 )系列是 Altera 应用非常广泛 的产品 ， 鲤鱼 这些器件具有比较高的集成度及丰富的寄存器资源 ， 鲤鱼 采用了快速 ， 鲤鱼 可预测延时的连续式布线结构 ， 鲤鱼 是一种将 CPLD 和FPGA 的优点结合于一体的器件 。 草鱼草鱼 EPF10K10LC84-4 是 84pinPLCC 封装

28、， 鲤鱼 另外还有其它类型的管脚和封装 ， 鲤鱼 有很强的 选择性 。 草鱼 具有以下主要特点 ： pork草鱼 1 万个等效逻辑门 ， 鲤鱼 含有 572 个逻辑单元（ LEs） 、 pork72 个逻辑阵列块（ LABs） 、 pork3个嵌入式阵列块（ EAB 草鱼 s） ， 鲤鱼 并具有 720 个片内寄存器 ， 鲤鱼 可以在不占用内部资源的条件下 实现 6144 草鱼 bit 的片内存储器 ； pork草鱼 内部模块间采用高速 、 pork延时可预测的快速通道连接 ， 鲤鱼 最高工作频率可以达到 150 草鱼 MHz 以上 ； pork草鱼 逻辑单元间具有高速 、 por k高扇出的

29、级联链和快速进位链 ； pork草鱼 片内还有三态网络和 6 个全局时钟 、 por k4 个全局清零信号以及丰富的 I/O 资源 ； pork草鱼 每个 I/O 引脚可以选择为三态控制或集电极开路输出 ， 鲤鱼 可以通过编程控制每个 I/O引脚的速度以及 I/O 寄存器的使用 。 草鱼草鱼 2.4 草鱼 电子时钟的设计方案 草鱼 数字电子钟的设计方法有 多种 ， 鲤鱼 例如 ， 鲤鱼 可用中小规模集成电路组成电子钟 ； pork也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟 ； pork还可以利用单片机来实现电子钟等等 草鱼 方案一 ： pork运 用单片机内部的定时

30、/计数器来实现电子时钟的方法 ， 鲤鱼 该方案 设计由单片机 AT89S51 芯片和 LED 数码管为核心 ， 鲤鱼 辅以必要的电路 ， 鲤鱼 构成了一个单片机电子时钟 。 草鱼 草鱼 时钟的基本显示原理 ： pork时钟开始显示为 0 时 0 分 0 秒 ， 鲤鱼 也就是数码管显示 000000，鲤鱼 然后每秒秒位加 1 草鱼 ， 鲤鱼 到 9 后 ， 鲤鱼 10 秒位加 1， 鲤鱼 秒位回 0。 草鱼 10 秒位到 5 后 ， 鲤鱼 即 59 秒 长春理工大学毕业论文 6 草鱼 ， 鲤鱼 分钟加 1， 鲤鱼 10 秒位回 0。 草鱼 依次类推 ， 鲤鱼 时钟最大的显示值为 23 小时 59

31、 分 59 秒 。草鱼 这里只要确定了 1 秒的定时时间 ， 鲤鱼 草鱼 其它位均以此为基准往上累加 。 草鱼草鱼 方案二 ： pork采 用专 用 的时钟芯片实现 ， 鲤鱼 通过单片机读取时钟芯片的计时时间 ， 鲤鱼 在数码管上显示出来 ， 鲤鱼 就可以实现电子时钟功能 ， 鲤鱼 典型的时钟芯片有 ： por kDS1302， 鲤鱼DS12887， 鲤鱼 X1203， 鲤鱼 PCF8583 等都可以 实现电子时钟功能 。 草鱼草鱼 方案三 ： pork采用 FPGA 来实现电子时钟功能 ， 鲤鱼 运用 VHDL 语言来描述电子时钟的各个功能模块 。 草鱼 将电子时钟分为六十进制计数器和二十四

32、进制计数器两个基本的功能模块 ， 鲤鱼 然后将两个六十进制计数器和一个二十四进制计数器相级联 ， 鲤鱼 就构成一个具有时 、 por k分 、 pork秒的电子时钟 。 草鱼草鱼 比较方案一 、 pork方案二和方案三 ： pork方案 一是用软件实现 ， 鲤鱼 即用单片机内部的可编程定时 /计数器来实现 ， 鲤鱼 但误差很大 ， 鲤鱼 主要用在对时间精度要求不高的场合 ； pork方案二 是用专门的时钟芯片实现 ， 鲤鱼 在对时间精度要求很高的情况下 ， 鲤鱼 通 常采用这种方法 ， 鲤鱼 但该方案还具备日历功能 ， 鲤鱼 造成功能上的浪费 ； pork方案三是采用 FPGA 实现 ，鲤鱼

33、运用 VHDL 语言描述 ， 鲤鱼 设计方法简单 ， 鲤鱼 而且运用有源晶振作为系统的时钟源 ， 鲤鱼通过分频得到 1HZ 的信号 ， 鲤鱼 计时精度很高 ， 鲤鱼 不低于方案二的计时精度 ， 鲤鱼 而且运用 VHDL 语言来描述电子时钟是完全的硬件实现 。 草 鱼草鱼 通过以上比较 ， 鲤鱼 系统中采用 FPGA 来实现电子时钟功能 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 第三章 草鱼 草鱼 系统电路设计 草鱼 3.1 草鱼 草鱼 总体设计 草鱼 设计一个显示时（ 2 位） 、 pork分（ 2 位） 、 pork秒（ 2 位）共六位的多功能电子钟 ， 鲤鱼 它的主要功能是进行准确

34、的计时 。 草鱼 利用 VHDL语言 对硬件 进行 描述 ， 鲤鱼 通过下载到 FPGA之中进行硬件验证 。 草鱼 系统采用 4MHz 的石英晶体振荡器作为时钟源 ， 鲤鱼 经过分频之后得到 1HZ 的秒钟信号 ， 鲤鱼 秒计满 60 即得 1 分钟 ， 鲤鱼 分计满 60 便得 1 小时的信号 ，鲤鱼 小时计满 24 即得一天 ， 鲤鱼 电子时钟的外观图如图 3.1 所示 。 草鱼 其中有六个按键用于调整时间 ， 鲤鱼 复位等功能 。 草鱼 具体功能如下 ： pork草鱼 长春理工大学毕业论文 7 草鱼 图 3.1 草鱼 草鱼 电子钟的外观图 草鱼 OK 键 ： pork开始计时 。 草鱼草

35、鱼 SET 键 ： por k与 调时 、 pork调分 、 pork调秒键配合 ， 鲤鱼 可以调 整 到指定 的 时间 。 草鱼草鱼 RESET 键 ： por k清零 。 草鱼 草鱼 电子时钟硬件总体框图如图 3.2 所示 。 草鱼草鱼 草鱼 图 3.2 草鱼 草鱼 电子时钟硬件总体框图 草鱼 在每个功能模块分项设计和组合前 ， 鲤鱼 先简单介绍一下每个方块的功能作用 。 草鱼草鱼 分频器通过分频将 4MHz 的信号分频为 1Hz 的 秒 信号 和 100Hz 的同步扫描时长春理工大学毕业论文 8 钟信号 。 草鱼 草鱼 1Hz 的 秒 信号输入 到 秒计数电路 ， 鲤鱼 当计数器溢出时

36、， 鲤鱼 向分计数器进 位 ， 鲤鱼 当分计数器溢出时 ， 鲤鱼 向时计数器 进位 。 草鱼 草鱼 BCD译码电路是将计数器的十六进制计数值转换为数码管显示所需要的段码 。草鱼草鱼 位码电路是用来选通某一位数码管 ， 鲤鱼 使其显示数字 。 草鱼草鱼 扫描同步电路作用控制同一个数码管的段码和位码同步 ， 鲤鱼 同时对多个数码管轮流扫描 。 草鱼草鱼 键盘控制电路作用是启动电子时钟计时 ， 鲤鱼 设定时间等 。 草鱼草鱼 3.2 草鱼 草鱼 显示电路设计 草鱼 显示电路有 LCD 和 LED 显示电路 ， 鲤鱼 系统中选用 LED 显示电路 ， 鲤鱼 LED 器件是一种发光二极管显示器 。 草鱼

37、草鱼 其特点如 下 ： por k草鱼 （ 1） LED 显示器具备稳定 、 por k高速 、 pork简单的系统 ； pork草鱼 （ 2） LED 显示结构简单 、 por k性能稳定 ； pork草鱼 （ 3） LED 显示应用在成熟的生产技术上 。 草 鱼草鱼 发光二极管组成的显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备 。 草鱼 八段发光二极管结构如图 3.3 所示 。 草鱼草鱼 草鱼 图 3.3 草鱼 八段发光二极管外型 草鱼 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器 ， 鲤鱼 阴极连在一起的称为共阴极显示器 。 草鱼 1 位显示器有 8 个发光二极管组成 ， 鲤鱼 其中 7

38、个发光二极管 ag 控制 7 个笔段的亮或暗 ， 鲤鱼 另一个控制一个小数点的亮和暗 ， 鲤鱼 这种笔画式的八段显示器能显示的字符少 。 草鱼 字符的形象有些失真 ， 鲤鱼 但控制方便 ， 鲤鱼 使用简单 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 长春理工大学毕业论文 9 图 3.4 草鱼 共阴极数码管 草鱼 草鱼 图 3.5 草鱼 共阳极数码管 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 显示器的显示方法有静态和动态两种方法 。 草鱼 显示器位数较少时 ， 鲤鱼 采用静态显示的方法是合适的 。 草鱼 当位数较多时 ， 鲤鱼 用静态显示所需的 I/O 太多 ， 鲤鱼 一般采用动态显示方法 ， 鲤鱼 所以在系统中我们采用动态

39、显示 。 草鱼 草鱼 此类数码管的工作特点是 ： por k草鱼 数码管片选端清 0 时 ， 鲤鱼 对应位的数码管才有可能亮 ； pork草鱼 每次只能有一个片选端清 0， 鲤鱼 即只能动态移位显示相应的数据 ； pork草鱼 控制器通过控制数码管显示相应数字要用查表子程序来实现 。 草鱼草鱼 系统中 显示电路是由分频电路 、 pork扫描电路 、 porkBCD 码多路选择器 、 pork位选码电路和BCD 译码器构成的 。 草鱼 草鱼 数码管动态扫描电路如图 3.6 所示 ， 鲤鱼 其中 FPQ 为分频器 ， 鲤鱼 通过分频得到扫描时钟信号 ， 鲤鱼 时钟信号为 100Hz； porkSC

40、AN 为扫描电路 ， 鲤鱼 它是由状态机组成的 ， 鲤鱼 循环扫描数 码管 ， 鲤鱼 使得数码管稳定的显示数据 ； porkBCDYMQ 为 BCD 译码器 ， 鲤鱼 作用是将计数器输出的十六进制数转换为数码管显示所需要的段码 ； porkBIT 为位码 ， 鲤鱼 作用是轮流选择数码管的位 。 草鱼 草鱼 3.2.1 草鱼 分频器电路 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 扫描电路所需要的扫描时钟信号为 100Hz， 鲤鱼 是通过分频器将系统的 4MHz 时钟信号经过 10000 分频之后 ， 鲤鱼 再通过四分频得到的 。 草鱼 系统中采用四个十进制计数器相级联实现 10000 分频 ， 鲤鱼 然后通过两个 T 触发器实现四分频得到 100Hz 信号 。草鱼 十进制计数器的 VHDL 语言描述如下 ： por k草鱼 LIBRARY 草鱼 草鱼 IEEE;por k草鱼 USE 草鱼 草鱼 IEEE. 草鱼 STD_LOGIC_1164.ALL;por k草鱼