基于嵌入式电子闹钟课程设计

嵌入式系统综合实验题目基于嵌入式的数字闹钟系统设计学生姓名秦乙学号20071309087学院电子与信息工程学院专业信息工程二Ｏ一Ｏ年十二月二十七日目录论文标题.....................................................错误!未定义书签。摘要和关键词.................................................错误!未定义书签。1绪论......................................................................21.1在信息产业中EDA产生的影响...........................................21.2中国国内EDA发展情况.................................................22FPGA简介..................................................................22.1FPGA概述............................................................22.2FPGA基本结构........................................................32.3FPGA编程原理........................................................33设计的总体方案.............................................................43.1流程图...............................................................43.2模块组成.............................................................43.3数字闹钟工作原理.....................................................44设计的详细原理.............................................................54.1主要模块.............................................................54.2功能概述.............................................................55设计的步骤和过程...........................................................65.1计时模块.............................................................65.2校时模块.............................................................75.3设定闹钟模块.........................................................85.4显示模块设计.........................................................95.5蜂鸣器模块设计......................................错误!未定义书签。26设计的仿真和结果..........................................错误!未定义书签。27总结......................................................错误!未定义书签。5参考文献....................................................错误!未定义书签。51基于嵌入式的数字闹钟系统设计秦乙南京信息工程大学电子与信息工程学院信息工程系，南京210044摘要：随着社会、科技的发展，人类得知时间，从观太阳、摆钟到现在电子钟，不断研究、创新。为了在观测时间的同时，能够了解其它与人类密切相关的信息，比如温度、星期、日期等，电子数字钟诞生了，它集时间、日期、星期和温度功能于一身，具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。本文介绍了基于VHDL硬件描述语言设计的多功能数字闹钟的思路和技巧。在Quartus11开发环境中编译和仿真了所设计的程序，并逐一调试验证程序的运行状况。仿真和验证的结果表明，该设计方法切实可行，该数字闹钟可以实现调时定时闹钟播放音乐功能具有一定的实际应用性。关键词：数字闹钟；EDA；PGA；VHDL；theDesignofDigitalClockSystemonFPGAQinYiDept.InformationEngineering,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,210044ABSTRACTAlongwiththedevelopmentofsociety,scienceandtechnology,humanbeingsthattime,fromviewthesun,untilnow,electricclockpendulumclocksarecontinuouslyresearchandinnovation.Inordertomaketheobservationtimeatthesametime,canunderstandotherandhumancloselyrelatedinformation,suchastemperature,week,dates,electronicdigitalclockwasborn,itsetsthetime,date,weeksandtemperaturefunctionsinone,whichmakesitveryconvenient,directdisplay,functionaldiversity,simplecircuit,andmanyotheradvantages,conformtothetrendofthedevelopmentofelectronicinstruments,andhasabroadmarketprospect.EDAtechnologyisdependentonpowerfulcomputersintheEDAsoftwareplatform,withVHDLVHDLforsystemlogicdescribingmeanscompletedesigndocuments,automaticallylogicoptimizationandsimulationtestuntilrealizethesetelectroniccircuitsystemfunction.ThispaperintroducesthedesignbasedonVHDLVHDLmulti-functiondigitalalarmclockofthinkingandskills.InQuartus11developmentenvironmentscompileandsimulationthedesignprocess,andthentheoperationstatusofdebuggingvalidationprocedures.Thesimulationandverificationresultsshowthatthedesignmethodisfeasible,andthedigitalclockcanberealizedwhenthealarmclockplaymusictimingadjustmentfunctionhascertainpracticalapplications.Keywords:theDigitalAlarmClock;EDA;FPGA;VHDL21绪论1.1在信息产业中EDA产生的影响随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航天、医学、工业自动化、计算机应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，EDA技术的含量正以惊人的速度上升;电子类的高新技术项目的开发也逾益依赖于EDA技术的应用。即使是普通的电子产品的开发，EDA技术常常使一些原来的技术瓶颈得以轻松突破，从而使产品的开发周期大为缩短、性能价格比大幅提高。不言而喻，EDA技术将迅速成为电子设计领域中的极其重要的组成部分。1.2中国国内EDA发展情况从目前的EDA技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用文泛、工具多样、软件功能强大。中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PC主板和小型ASIC领域，仅有小部分（约11%）的设计人员工发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要购入一些最新的EDA技术。在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺（CAPP）、计算机机辅助制造（CAM）、产品数据管理（PDM）、制造资源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方向发展。2FPGA简介2.1FPGA概述FPGA是现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray）的简称，与之相应的CPLD是复杂可编程逻辑器件（ComplexProgrammableLogicDevice）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或CPLD/PGFA。CPLD/PGFA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/FPGA的在线修改功能，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用CPLA/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CPLA/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3EDA软件和硬件描述语言HDL的进步。2.2FPGA基本结构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--ConfigurableLogicBlock）、输入/输出模块（IOB--I/OBlock）和互连资源（IR—InterconnectResource）。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