万年历的设计与实现

万年历的设计与实现摘要：本设计为一个多功能的万年历，具有年、月、日、时、分、秒计数显示功能，以24小时循环计数，具有校对功能。本设计采用EDA技术，以硬件描述语言verilogHDL和VHDL为系统逻辑描述手段设计文件，在QuartusII工具软件环境下，采用自顶向下的设计方法，由各个基本模块共同构建了一个基于KH-310开发工具的万年历。系统主芯片采用EP1C12Q240C8，由主程序和BCD模块组成。经编译和仿真所设计的程序，在可编程逻辑器件上下载验证，本系统通过控制能够完成年、月、日和时、分、秒的分别显示，由按键输入进行数字钟的校时、切换、扫描功能。关键字：VHDLVerilogHDLEDA万年历目录一、绪论.......................................................................11.1选题背景............................................................................................11.2课题相关技术的发展.........................................................................11.3课题研究的必要性............................................................................21.4课题研究的内容................................................................................3二、EDA技术..............................................................42.1EDA概述...........................................................................................42.2什么是EDA.......................................................................................42.3EDA的特点.......................................................................................5三、FPGA简介...........................................................73.1FPGA概述.........................................................................................73.2FPGA开发编程原理.........................................................................73.3FPGA基本结构.................................................................................83.4FPGA系统设计流程......................................................................10四、万年历设计方案..................................................134.1万年历的原理..................................................................................134.2实验程序........................................................................................134.3实验连接........................................................................................344.4实验仿真与实现.............................................................................35五、实验结论与研究展望..........................................375.1实验结论..........................................................................................375.2研究展望..........................................................................................37致谢............................................................................38参考文献....................................................................39绪论1.1选题背景20世纪末，数字电子技术飞速发展，有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化的提高。在其推动下，数字技术的应用已经渗透到人类生活的各个方面。从计算机到手机，从数字电话到数字电视，从家用电器到军用设备，从工业自动化到航天技术，都尽可能的采用了数字电子技术。而现代电子设计技术的核心是EDA技术。本设计采用的VHDL和VerilogHDL是两种应用最为广泛硬件描述语言。前者具有很强大的功能，覆盖面广，描述能力强，支持门级电路的描述，也支持以寄存器、存储器、总线及其运算单元等构成的寄存器传输级电路的描述，还支持以行为算法和结构的混合描述为对象的系统级电路的描述。后者可以用来进行各种层次的逻辑设计，也可以进行数字系统的逻辑综合、仿真验证和时序分析。而采用VerilogHDL进行电路设计的最大优点就是设计与工艺无关性。本设计将从EDA中FPGA嵌入式应用开发技术与数字钟技术发展的客观实际出发，通过对该技术发展状况的了解，以及课题本身的需要，指出研究基于FPGA的芯片系统与设计——万年历的设计与实现的必要性。1.2课题相关技术的发展当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。它与传统的电子产品在设计上的显著区别师大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低。同时广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。美国Altera公司的可编程逻辑器件采用全新的结构和先进的技术，加上MaxplusII(或最新的QUARTUS)开发环境，更具有高性能，开发周期短等特点，十分方便进行电子产品的开发和设计。EDA技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割，逻辑映射，编程下载等工作。最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。1.3课题研究的必要性如今的时代是科技是第一生产力的时期。因此，新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能，样式新颖已经成为数字钟的发展潮流。1.4课题研究的内容本设计主要研究基于FPGA的数字钟，要求时间以24小时为一个周期,显示年、月、日、时、分、秒，可以对年、月、日、时、分及秒进行单独校对，使其校正到标准时间。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。二、EDA技术2.1EDA概述EDA在通信行业（电信）里的另一个解释是企业数据架构，EDA给出了一个企业级的数据架构的总体视图，并按照电信企业的特征，进行了框架和层级的划分。“EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的[1]。”2.2什么是EDA20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）为系统逻辑描述手段完成设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)芯片中，实现既定的电子电路设计功能[1]。EDA技术使得电子电路设计者的工作仅限于利用硬件描述语言和EDA软件平台来完成对系统硬件功能的实现，极大地提高了设计效率，缩短了设计周期，节省了设计成本。今天，EDA技术已经成为电子设计的重要工具，无论是设计芯片还是设计系统，如果没有EDA工具的支持，都将难以完成的。EDA工具已经成为现代电路设计师的重要武器，正在发挥着越来越重要的作用。2.3EDA的特点(1)高层综合和优化。为了能更好地支持自顶向下的设计方法，现代的EDA工具能够在系统进行综合和优化，这样就缩短了设计的周期，提高了设计效率。(2)采用硬件描述语言进行设计。采用硬件描述语言进行电路与系统的描述是当前EDA技术的另一个特征。与传统的原理图设计方法相比，HDL语言更适合描述规模大的数字系统，它能够使设计者在比较抽象的层次上对所设计系统的结构和逻辑功能进行描述。采用HDL语言设计的突出优点是：语言的公开性和利用性；设计与工艺的无关性；宽范围的描述能力；便于组织大规模系统的设计；便于设计的复用，交流，保存和修改等。目前最常用的硬件描述语言有VHDL和VerilogHDL,它们都已经成为IEEE标准。(3)开放性和标准化。现代EDA工具普遍采用标准化和开放性框架结构，任何一个EDA系统只要建立了一个符合标准的开放式框架结构，就可以接纳其他厂商的EDA工具仪器进行设计工作。这样就可以实现各种EDA工具的优化组合，并集成在一个易于管理的统一环境下，实现资源共享。三、FPGA简介3.1FPGA概述“FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。