EDA课程设计(多功能数字电子钟)

《数字电子技术基础》EDA课程设计课件授课教师：朱如琪华中科技大学文华学院《课设》须知一、时间共计2周，即17、18周；二、地点：实验中心计算机机房、实验室、图书馆及教室；三、集体授课，即17周的星期1、2、3上午；四、在每日上午8：00～11：00,下午2：30～5：30为辅导答疑、上机、下载时间和自学设计查询资料等安排；五、负责辅导答疑老师是祝宏、惠志敏、朱老师、赵慧、和郭婷老师（不分班）；负责下载验证及验收的老师是祝宏（1班）、惠志敏（2班）、赵慧（3班）、和郭婷（4班）朱老师（5班）；六、一人一组，下载演示，经教师验收及提问后，《课设》成绩有效；七、《课设》报告于7月2前必须交到教师，不要复制，否则酌情处，倡导自学与交流，…；《课设》须知八、成绩评定分3个部分：⑴基本功能下载演示；⑵功能扩展及应用描述语言VerilogHDL；⑶《课设》报告（*《课设》报告有规范要求）。九、学生上机机房安排：实验中心机房501、502。讲座一：《课设》开题及设计与仿真方法辅导讲座二：EDA开发板（装置）和〝下载〞过程讲座三：QuartusⅡ（高版本）与DE2开发板入门指导(自愿参加)《课程设计》辅导讲座《数电课程设计》讲座一：《课设》开题及设计与仿真方法辅导第一部分《课设》概述一、目的二、要求三、EDA技术简述四、数字系统的实现五、小型数字系统设计方法六、撰写《课设》报告格式及要求七、《课设》注意事项一、课程设计目的1、课程设计是一实践教学环节，是针对《数字电子技术》课程的要求，结合实践对学生进行综合设计性训练，在自学和实践训练中培养学生理论联系实践和实践动手能力，独立地解决实际问题能力。一、目的：一、课程设计目的2、通过课程设计是使学生熟悉和了解可编程专用数字逻辑电路的设计、开发流程，熟悉和了解现代EDA设计工具，初步掌握原理图形输入法和VerilogHDL语言的编程方法，掌握数字电子系统层次化的设计方法。一、目的：一、课程设计目的3、提高学生应用计算机技术进行数字电路和小型数字系统的设计、仿真和辅助分析的能力；4、重在参与（亲自实践!），体会过程（有很多细节!），积累知识和实践认识。注：小型数字系统的定义：多个功能底层模块链接构成的顶层模块，即硬件系统。课程设计课题小型数字系统：〝多功能数字电子钟〞的顶层逻辑电路（参考）二、课程设计要求1、综合应用《数字电子技术基础》课程中的理论知识去独立地完成一个设计课题；二、要求2、鼓励学生自学和查阅有关参考资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力；二、课程设计要求3、熟悉和了解现代EDA设计、编程、编译、仿真及下载技术的全过程；4、学会撰写课程设计报告；5、熟悉培养严肃认真的工作作风和严谨科学态度。三、EDA技术简述EDA是电子设计自动化（ElectronDesignAutomatio）目前电子技术的发展使电子系统越来越来复杂，传统的手工和简单工具已无法满足设计需求，因而利用计算机和相应的设计软件成为当前常用的设计方法。数字系统设计的发展日新月异，数字系统设计的理念和设计方法在过去的几十年时间也发生了深刻的变化，三、EDA技术简述三、EDA技术简述EDA是电子设计自动化（ElectronDesignAutomatio）数字系统设计过程被称之为一个自顶向下的分级设计过程。设计过程的任何阶段，都可以利用仿真工具对仍处于设计过程中的系统描述进行性能评估与正确性检测。一个电子系统设计就是从顶层到底层，边设计，边仿真，并依据仿真结果，反复调整或优化的过程。三、EDA技术简述三、EDA技术简述目前EDA电子技术的发展已成为现代设计技术的核心，没有EDA技术支持，想要完成超大规模集成电路和专用功能集成电路的设计制造是不可想象。三、EDA技术简述三、EDA技术简述（ISP器件的开发流程）四、数字系统的实现1、可编程逻辑器件（PLD－－ProgrammableLogicDevice）和EDA技术的出现改变了传统的设计思想，使人们可以通过设计芯片来实现各种不同的功能。将原来由电路板设计完成的工作大部分放在芯片中进行，大大减轻了原理图和印制板设计的工作量和难度，且增加了设计的自由度，提高效率。四、数字系统的实现四、数字系统的实现2、目前EDA开发软件和PLD器件也提供了强有力的支持。用户只要对它编程就可以实现所需要的功能，而且可以反复修改、反复编程（至少一万次），保持信息时间有20年，具有无可比拟的方便性和灵活性。四、数字系统的实现四、数字系统的实现3、CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）/FPGA（FieldProgrammableGateArray）还具有静态可重复编程或在线动态重构特性，使硬件的功能可象软件一样通过编程来修改，不仅使设计修改和产品升级变得十分方便，而且极大地提高了电子系统的灵活性和通用能力。（复杂PLD和现场可编程门阵列）四、数字系统的实现四、数字系统的实现4、专用集成电路（ASIC）是指专门为某一应用领域或专门用户需要而设计、制造的集成电路。它可以将某些专业电路或电子系统设计在一个芯片上，构成单片集成系统，即片上系统SOC(SystemonChip)。ASIC作为集成电路（IC）技术与特定用户的整机或系统技术紧密结合的产物，与通用集成电路相比，在构成电子系统时具有以下几个方面的优越性：四、数字系统的实现四、数字系统的实现⑴缩小体积、减轻重量、降低功耗；⑵提高可靠性，用ASIC芯片进行系统集成后外部连线减少，因而可靠性明显提高；⑶易于获得高性能，ASIC是针对专门应用而特别设计的；系统设计、电路设计、工艺设计之间紧密结合，这种一体化的设计有利于获得前所未有的高性能系统；⑷增强保密性，电子产品中的ASIC芯片对用户来说相当于一个黑匣子，难于仿造；⑸在大批量应用时，可显著降低系统成本。四、数字系统的实现五、数字系统的设计方法1、分为原理图输入法和硬件描述语言设计两种方式。原理图输入法具有直观、形象等优点。硬件描述语言(如VerilogHDL语言）设计是一种利用文本形式描述自己的设计，然后利用EDA工具进行综合和仿真，最后转变为某种目标文件，再用CPLD和FPGA器件来具体实现。五、数字系统的设计方法五、数字系统的设计方法2、普遍应用自顶向下的设计过程(Top-down)。首先从系统的顶层（顶层工程文件）开始，根据用户的要求对系统作准确描述，即确定系统的输入和输出的关系。再将系统划分和定义为能够实现的、相对独立的子系统（底层模块）设计，然后利用EDA来具体实现。五、数字系统的设计方法五、数字系统的设计方法3、VerilogHDL语言是用于数字电路设计硬件描述语言，并已成为IEEE标准。可以很容易地把已完成的设计移植到不同厂家不同型号的型片上。VerilogHDL语言能形式化、抽象地表示电路的结构和行为，支持逻辑设计中层次与领域的描述，可借用高级语言的特点来简化电路的描述，并具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确。此外，它还具有工艺无关性…。五、数字系统的设计方法六、撰写数字系统的设计报告1、封面〝数字电路EDA课程设计报告〞、专业、班级、姓名、学号、合作者、指导教师及制作日期；2、标题及任务书；3、关键词（不少于5个）；4、内容摘要；5、总体方案或工作原理示意框图（或流程图）；6、顶层逻辑电路图组成、信号定义及原理简单叙述；7、低层功能模块设计，逻辑抽象（定义input和output），简述逻辑电路工作原理，并要求附有*.gdf和*.v文件及文件中语句注释；六、撰写设计报告格式及要求(供参考)六、撰写数字系统的设计报告8、对应各模块功能仿真波形（数据分析）分析及结论；9、选用芯片型号、定义芯片管脚号（列表格示意）及简述下载过程；10、《课程设计》设计中遇到问题及解决方法；11、《课程设计》设计项目完成最终结论；12、《课程设计》项目的特点和实用性；13、心得体会或结束语；14、参阅教材及文献；15、其他。上述共计15项栏目六、撰写设计报告格式及要求(供参考)七、数字电路课程设计须知1、《课设》一人一组；2、学生必须独立完成编程、仿真及下载全过程，并演示经各班教师验收后，学生《课设》成绩有效；3、《课设》设计报告一人一份，《课设》报告按照要求格式书写（至少含有12项），定于18周末（6月24日）前交，不要复制，否则酌情处理，倡导自学与交流，要讲诚信…；4、成绩评定分5部分：⑴多功能数字电子钟基本功能实现为60分；⑵《课设》报告分为20分；⑶扩展电子钟功能加分；⑷用Verilog语言描述编程文件加分；⑸有创新项目加分；总分为100分，即2个学分。七、课程设计注意事项第二部分课程设计举例课程设计举例方法一：用原理图输入方法二：用VerilogHDL描述语言标题：设计汽车尾灯指示控制电路(vlkc2.gdf)任务书：设计要求是假设汽车尾部左、右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟）控制功能包括：①正常行驶时指示灯全灭；②汽车临时刹车时，左、右两侧三个指示灯全亮；③右转弯时，右侧三个指示灯按循环顺序点亮；设计项目举例（方法一：用原理图输入）标题：设计汽车尾灯控制电路(vlkc2.gdf)④左转弯时，左侧三个指示灯按循环顺序点亮；⑤汽车倒车时，所有指示灯按CLK信号同步闪烁；请在在Max＋plusⅡ软件系统平台上建立汽车尾灯控制电路的顶层电路文件并完成编译和仿真。设计项目举例（方法一：用原理图输入）方法一：用原理图输入其设计步骤1、逻辑抽象；2、按题意列功能表；3、设计系统原理框图、顶层图形文件和子模块；4、建立文件夹，输入设计工程项目名和建顶层图形文件（空壳）；5、设计底层各模块*.gdf文件，仿真底层各模块*.gdf文件（略），分析正确并打包；6、打开顶层图形文件，调用创建包符号，设计数字系统原理图；7、仿真顶层*.gdf文件，并分析仿真波形，分析正确后并定义芯片管脚号、下载；8、给出结论。vlkc2.gdf1、逻辑抽象：输入变量有时钟CLK（CP），模式输入I4、I3、I2、I1、I0；输出变量：汽车尾部左、右两侧共有6个输出变量，即L3、L2、L1及R3、R2、R1。画示意框图。2、汽车尾灯控制电路功能表如下表所示。设计项目举例（方法一：用原理图输入）功能表如下表所示：将功能栏目设为地址输入（A2,A1,A0），其功能表如下表所示：注：三位二进制环形计数器Q2,Q1,Q0将功能栏目设为地址输入，其功能表如下表所示：将功能栏目设为最小项地址输入，其功能表如下表所示，试用最小项形式表示其逻辑函数。将功能栏目设为最小项地址输入，其功能表如下表所示，试用最小项形式表示其逻辑函数。逻辑函数产生器：汽车尾灯控制电路数据选择器74LS151的应用解：先写出最小项表达式如R1。3、设计汽车尾灯控制电路框图、及顶层原理图如图1所示。图1尾灯控制电路顶级框图和顶层原理图4、顶层*.gdf原理图形文件如图2所示。图2尾灯控制电路的顶层图形文件5、建立设计工程项目名和顶层图形文件（空壳vlkc2.gdf）6、设计底层各模块*.gdf文件，仿真底层各模块*.gdf文件（略），分析并打包；⑴ic1模块逻辑电路图及创建符号ⅰ、编码器的功能：列功能表；ⅱ、编码器的组成：由74148和非门构成。⑴ic1模块逻辑电路图及创建符号逻辑电路原理简述：①由8/3线优先编码器74LS148和非门电路组成的5/3编码器电路。输入变量为IN[4..0],输出变量为A2,A1,A0；②当输入变量为IN[4..0]=01111时,即得A2A1A0=100,推理得IN[4..0]=10111时,即得A2A1A0=011,…。完成5/3编码器电路功能。（参阅教材P140页集成电路CD4532）⑴ic1模块逻辑电路图、仿真波形及创建符号⑴ic1模块逻辑电路图、仿真波形及创建符号仿真波形分析及结论：由仿真波形分析得知输入变量IN[4..0]与输出变量A[2..0]之间关系，分析过程完全符合5/3线优先编码器功能。逻辑电路设计正确。⑵ic2模块逻辑电路图及创建符号ⅰ、环形计数器的功能：画状态图；ⅱ、编码器