郑州轻工业学院
课程设计说明书
题目：基于FPGA的电子钟设计
姓名：事实上
院（系）：电子信息工程学院 专业班级：电子信息工程14-2 学号：1654165416565 指导教师：蔡超峰 成绩：
时间： 2017 年 6 月 19 日至 2017 年 6 月 25 日
基于FPGA的电子钟设计
郑州轻工业学院 课程设计任务书
题目基于FPGA的电子钟设计
专业、班级电子信息工程14-2 学号 541401056514姓名*** 主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容：
要求学生使用VHDL语言设计一个显示时（2位）、分（2位）、秒（2位）的6个数字的多功能电子钟。该电子钟既可以作为闹钟，也可以作为计时器。系统的时钟频率为1024Hz，要求给出复位键、报警键、调整时钟等按键设计。 基本要求：
1、掌握FPGA的程序设计方法。 2、掌握硬件描述语言语法。 3、给出设计思路与框图
4、程序设计完成后要求在软件中实现功能仿真。 主要参考资料：
1、周润景.基于QuartusⅡ的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M].电子工业
出版社.2007,8
2、林明权马维旻VHDL数字控制系统设计范例.电子工业出版社2003,1 3、褚振勇. FPGA设计及应用（第三版）[M].西安电子科技大学出版社.2012,4
完成期限：2017.6.19—2017.6.25 指导教师签名： 课程负责人签名：
2017年6月18日
基于FPGA的电子钟设计
摘要
伴随着集成电路技术的发展, 电子设计自动化(EDA)技术逐渐成为数字电路设计的重要手段。基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，使得EDA技术在电子信息，通信，自动控制，计算机等领域的重要性日益突出。
本设计给出了一种基于FPGA的多功能数字钟方法，采用EDA作为开发工具，VHDL语言和图形输入为硬件描述语言，QuartusII作为运行程序的平台，编写的程序经过调试运行，波形仿真验证，下载到EDA实验箱的FPGA芯片，实现了设计目标。
系统主芯片采用CycloneII系列EP2C35F672C8。采用自顶向下的设计思想，将系统分为五个模块:分频模块、计时模块、报时模块、显示模块、顶层模块。用VHDL语言实现各个功能模块, 图形输入法生成顶层模块. 最后用QuartusII软件进行功能仿真, 验证数字钟设计的正确性。
测试结果表明本设计实现了一个多功能的电子钟功能，具有时、分、秒计时显示功能，以24小时循环计时；具有校正小时和分钟的功能；以及清零，整点报时功能。
关键词：EDA技术；FPGA；数字钟；VHDL语言；自顶向下
基于FPGA的电子钟设计
目录
1 绪论 .................................................. 5 1.1 研究背景 ......................................... 5 1.2 研究目的 ......................................... 6 1.3 研究方法和内容 ................................... 6 2 本软件开发环境 ........................................ 7 2.1 FPGA简介 ........................................ 7
2.1.1 FPGA概述 ............................................ 7
2.1.2 FPGA基本结构 ........................................ 7 2.1.3 FPGA系统设计流程 .................................... 8 2.1.4 FPGA开发编程原理 .................................... 9
2.2 QuartusII设计平台 ................................ 9
2.2.1 软件开发环境及基本流程............................... 9 2.2.2 软件的具体设计流程.................................. 10
3 总体设计方案 ......................................... 11 4 软件设计与功能实现 ................................... 12 4.1 分频模块功能的软件设计与实现 .................... 12 4.2 计时校时模块功能的软件设计与实现 ................ 13 4.3 整点报时模块功能的软件设计与实现 ................ 13 4.4 扫描译码显示模块功能的软件设计与实现 ............ 13 4.5 顶层模块功能的软件设计与实现 .................... 14 5 系统功能调试及分析 ................................... 14 6 结论 ................................................. 15 参考文献 ................................................ 16
基于FPGA的电子钟设计
1 绪论
现代社会的标志之一就是信息产品的广泛使用，而且是产品的性能越来越强，复杂程度越来越高，更新步伐越来越快。支撑信息电子产品高速发展的基础就是微电子制造工艺水平的提高和电子产品设计开发技术的发展。前者以微细加工技术为代表，而后者的代表就是电子设计自动化（electronic design automatic,EDA）技术。
ASIC是专用的系统集成电路，是一种带有逻辑处理的加速处理器。而FPGA是特殊的ASIC芯片，与其他的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检测等优点。本设计采用的VHDL语言是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计；支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述、覆盖面广、抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛。
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。多功能数字钟不管在性能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。而基于FPGA的数字钟设计能极大的扩展其功能。
1.1 研究背景
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是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。
EDA是电子设计自动化（Elcctronic Design Automation）的缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设备），CAM(计算机辅助制造)，CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言VHDL完成设计文件，自动的完成逻辑编译，化简，分割，综合及优化，布局布线，仿真以及对特定目标芯片的适配编译和编程下
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