基于QuartusII的数字时钟的设计

沈阳理工大学课程设计论文1基于QuartusII的数字时钟的设计摘要QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。QuartusII使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性，加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒计时的装置，与机械实施中相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到了广泛的使用。在对EDA的课程有了初步的了解并掌握QuartusII软件的初步应用之后，我们决定将课题设置为应用QuartusII软件，设计出一个时间可调，并可以通过LED七段共阴极数码管来显示时、分、秒的简易数字钟。关键词：QuartusII；VHDL；EDA；数字钟沈阳理工大学课程设计论文2SummaryQuartusIIisAlteracompanycomprehensivePLD/FPGAdevelopmentsoftware,supportprinciplediagram,VHDL,VerilogHDLandAHDLdesigninputintheformofembeddedowncomprehensivedevicesimulators,andcanbedonefromthedesigninputtothehardwareconfigurationofthecompletePLDdesignprocess.QuartusIIallowuserstotakefulladvantageofmaturemodules,simplifiesthedesigncomplexity,speedupthedesign.Goodsupportforthird-partyEDAtoolsalsoallowuserstouseinthedifferentstagesofthedesignprocessisfamiliarwiththird-partyEDAtools.Digitalclockisakindofwhenusingadigitalcircuitimplementation,minutesandsecondstimingdevice,ahigheraccuracycomparedwiththeimplementationofthemechanicalandintuitive,andnomechanicaldevice,hasalongerservicelife,hasbeenwidelyused.InthecourseofEDAhaveapreliminaryunderstandingandmasteringtheQuartusIIsoftwareaftertheinitialapplication,wedecidedtosetthetopicfortheapplicationoftheQuartusIIsoftware,designatimeisadjustable,andcanbethroughthe7commoncathodeLEDdigitaltubedisplayhours,minutesandsecondsofsimpledigitalclock.Keywords：QuartusII；VHDL；EDA；digitalclock沈阳理工大学课程设计论文3目录摘要……………………………………………………………………………………1绪论……………………………………………………………………………………51.课程设计的目的与作用………………………………………………………….72.设计任务………………………………………………………………………….73.QuartusII软件介绍………………………………………………………………74.相关理论………………………………………………………………………….84.1理论…………………………………………………………………………...84.2器件…………………………………………………………………………...85.系统设计……………………………………………………………...…………85.1总体…………………………………………………………………………...85.2各模块………………………………………………………………………...95.2.1顶层模块…………………………………………………………………..95.2.2十进制计数器模块………………………………………………………..95.2.3六进制计数器模块………………………………………………………105.2.4二十四进制计数器模块…………………………………………………105.2.57段LED显示驱动模块…………………………………………………116.硬件设计………………………………………………………...……………..116.1顶层实体图………………………………………………………………….116.2各模块实体图……………………………………………………………….126.2.1十进制计数器模块………………………………………………………126.2.2六进制计数器模块………………………………………………………126.2.3二十四进制计数器模块…………………………………………………136.2.47段LED显示驱动模块…………………………………………………136.3总体实体图………………………………………………………………….147.流程图设计………………………………………………………...…………..158.模块设计实现…………………………………………………………………...168.1建立顶层模块………………………………………………………………16沈阳理工大学课程设计论文48.1.1新建dianzizhong.工程…………………………………………………168.1.2建立VHDL源程序…………………………………………………….168.2建立十进制计数器模块……………………………………………………188.2.1新建CNT10.工程……………………………………………………...188.2.2建立VHDL源程序……………………………………………………188.3建立六进制计数器模块……………………………………………………198.3.1新建CNT6.工程……………………………………………………….198.3.2建立VHDL源程序……………………………………………………198.4建立二十四进制计数器模块………………………………………………208.4.1新建CNT24.工程……………………………………………………...208.4.2建立VHDL源程序……………………………………………………208.5建立7段LED显示驱动模块……………………………………….……..218.5.1新建LED_DRIV.工程…………………………………………………218.5.2建立VHDL源程序……………………………………………………229.仿真调试结果分析……………………………………………………………...229.1顶层模块的编译与波形仿真………………………………….……….…229.2十进制计数器模块的编译与波形仿真………………………………..…239.3六进制计数器模块的编译与波形仿真………………………………..…249.4二十四进制计数器模块的编译与波形仿真…………………………..…259.57段LED显示驱动模块的编译与波形仿真……………………………..2610.结论………………………………………………………….……………..…..2711.设计总结和体会………………………………………………….....................2712.致谢………………………………………………………………………….…2813.参考文献………………………………………………….................................29沈阳理工大学课程设计论文5绪论1.研究的意义在快速发展的年代，时间对于人们来说越来越宝贵，在快节奏的生活中，人们往往会忘记了时间，一旦在一些重要的场合忘记了时间，将会带来重大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒忙碌的人，数字钟无疑是一个极佳的选择。数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒计时的装置，与机械实施中相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到了广泛的使用。数字钟已成为人们日常生活中不可缺少的生活必需品，广泛的应用于家庭以及车站、码头、剧场办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。2.国内外研究现状数字钟一般由振荡器，分频器，译码器，显示器等部分组成，这些都是数字电路中最基本的，应用最广的电路。当前市场上已有现成数字钟集成电路芯片出售，价格较便宜由于数字集成电路技术的发展，采用了先进稳定的石英振荡技术，是数字钟具有走时准确，性能稳定，携带方便等特点，是目前人们生活和工作不可或缺的报时用品。然而，近些年来，随着科技的发展和进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的简易的功能单一的数字钟已不能满足人们的需求。新出现的多功能时钟不管在性能上还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。而且在功能方面，也大大地扩展了钟表原先的报时功能。研制出了具有诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能的数字时钟，给人们带来了极大的便利。3.研究思路和方法本学期，我们学习了EDA的课程，开始掌握QuartusII软件的初步应用。因此，本组成员决定从数字钟这一项目进行展开，应用QuartusII软件，设计出一个时间可调，并可以通过LED七段共阴极数码管来显示时、分、秒的简易数字钟。沈阳理工大学课程设计论文6设计与实践部分沈阳理工大学课程设计论文7基于QuartusII的数字时钟的设计1.课程设计的目的与作用（1）掌握基于FPGA的数字模块开发方法；（2）掌握QuartusII软件的使用方法；（3）假设外部输入脉冲为1Hz，使用该频率设计一个时间可调，并通过LED七段共阴极数码管能够显示时、分、秒的数字钟。2.设计任务本次课程设计的任务是利用所学的EDA的理论知识作为分析设计指导，查阅资料书籍，设计出基于QuartusII的数字时钟，并对其用QuartusII软件仿真所设计的程序，并将仿真结果与之前的理论分析计算出的结果进行比较，若无差别，则可认为程序设计合理；若有差别，检查设计程序并做相应的修改，直至理论分析结果与实际仿真结果相同，完成课程设计的设计报告并进行答辩。3.QuartusII软件介绍QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。QuartusII使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性，加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。QuartusII提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为设计实体文件。此外，QuartusII通过和DSPBuilder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。Maxpl