4.5本章小结 ........................................................................................................... 30 第5章 总结 .................................................................................................................. 31 参考文献 ........................................................................................................................ 32 致 谢 ........................................................................................................................ 33
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第1章 绪论
1.1钟的起源
中国古代很早就用日晷计时。河南省登封县告成镇现存元代的一个观星台遗址，它台高约9.5米，台下有长约31.2米的南北向的\量天尺\，这是当时先进的计时建筑。但是用日影测时受气象限制，很不方便。于是人们又发明了漏沙计时的\沙钟\，燃香计时的\火钟\，滴水计时的\水钟\。我国北宋苏颂等人发明了\水运仪象台\，它是最早采用齿轮的机械计时仪，被已故美国著名科学史专家李约瑟誉为\现代天文钟的鼻祖\。使人们不分昼夜均可知道时间。
1.2钟的现状以及发展
各个不同时期的科学家和钟表工匠用他们的聪明的智慧和不断的实践融合成了一座时间的隧道，同时也为我们勾勒了一条钟表文化和科技发展的轨迹。关于中国的钟表史，最早用土和石片刻制成的“土圭”与“日晷”两种计时工具，成为世界上最早发明计时工具的国家之一。十九世纪末期，中国造钟工艺达到了一个崭新的水平。1875年由上海“美利华”作坊制造的南京钟，屏风式样，钟面镀金，镌刻花纹，以造型古朴典雅、民族风格鲜明和报时清脆、走时准确而闻名于海内外，曾于1903年在巴拿马国际博览会上获特别奖。新中国成立后，我国钟表工业得到迅速发展，取得了令人瞩目的成绩。1955年由天津、上海试制出第一批国产手表。经过三十多年来不断地进行技术改造和技术改进，我国手表行业已形成具有相当生产能力和配套完整的工业体系。1988年手表产量达6700多万只，其中石英电子表2900多万只，手表产量居世界第四位。在品种方面，已成批生产机械男表、女表、日历表、双历表、自动表、怀表、秒表、数字式和指针式石英表等。在质量上，手表的走时精度已达到国际同类产品的水平，现较为出名的有东风、上海、宝石花、海鸥等牌号。
1.3电子万年历的简介
钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能，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、定时启闭路灯等。所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究电子万年历及扩大其应用，有非常现实的意义。数字钟是一种用数字电路技术实现时、
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分、秒计时的装置，与机械式时钟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，因此得到了广泛的使用。电子万年历从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
因此，我们此次设计与制做电子万年历就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过万年历的制作进一步了解了软件编程的方法。
1.4VHDL设计FPGA数字系统：电子万年历的设计要求
本设计是用VHDL语言描述万年历的硬件电路。
就万年历的功能而言，首先，其不仅要计算时间，且需要计算日期，尤其需要正确的判断每月的天数。在其中，比较困难的是如何正确的计算2月份的天数，因为闰年的2月份有29天，但平年的2月份只有28天。由此，引出一个新的问题：在系统中除计算年份外，还需判断其是否为闰年。其次，系统还要将时间显示，显示方式分为时分秒、年月日这两种显示方式。最后，为增加系统的实用性，本设计还增加校时功能，主要实现当计时出现误差时进行校正的功能。在本设计中，通过程序使系统有7种不同的工作状态，分别为正常计时、校分、校时、校日、校月、校年低位、校年高位。
另外，用6个指示灯的亮灭来表示目前万年历系统所处的工作状态，，6个灯都不亮时表示正常计时，其余每个灯的亮灭依次表示7种不同的工作状态：000时正常计时，001时校分，010时校时，011是校日，100是校月，101时校年低位，110是校年高位。
在系统设计中，先用VHDL语言实现各个模块的功能，然后用原理图方式生成顶层文件，使设计思路清晰。最后，对顶层原理图进行引脚设定，并进行下载验证，证明系统的可行性。
1.5 本章小结
本章主要介绍了时钟的发展历史，电子万年历的发展现状和研究方向，对电子万年历有一定的感性认识，同时还介绍了本课题的研究任务，以及所运行的软硬件平台和工具，对本课题研究的方向有了一定的了解。
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第2章 开发技术基础
2.1 EDA技术简介
2.1.1 EDA技术基本概述
EDA技术以计算机为工具，而设计者只需在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译，逻辑映射和编程下载等工作，其与传统的硬件技术以及软件技术有着很大的差别，它打破了计算机软件以及硬件间的隔阂，使计算机软件和硬件之间的结合得以实现，设计效率与产品性能互相融合。因此，它代表了数字电子设计技术和应用技术的发展方向。其中，EDA的关键技术之一是用形式化方法来描述数字系统的硬件电路，即用硬件描述语言来描述硬件电路。 2.1.2EDA技术发展与发展方向
目前的数字集成电路的设计都比较模块化（参见集成电路设计、设计收敛（Design closure）和设计流（Design flow (EDA)））。半导体器件制造工艺需要标准化的设计描述，高抽象级的描述将被编译为信息单元（cell）的形式。设计人员在进行逻辑设计时尚无需考虑信息单元的具体硬件工艺。利用特定的集成电路制造工艺来实现硬件电路，信息单元就会实施预定义的逻辑或其他电子功能。半导体硬件厂商大多会为它们制造的元件提供“元件库”，并提供相应的标准化仿真模型。相比数字的电子设计自动化工具，模拟系统的电子设计自动化工具大多并非模块化的，这是因为模拟电路的功能更加复杂，而且不同部分的相互影响较强，而且作用规律复杂，电子元件大多没有那么理想。Verilog AMS就是一种用于模拟电子设计的硬件描述语言。此文，设计人员可以使用硬件验证语言来完成项目的验证工作目前最新的发展趋势是将集描述语言、验证语言集成为一体，典型的例子有SystemVerilog。
在电子设计自动化（英语：Electronic design automation，缩写：EDA）出现之前，设计人员必须手工完成集成电路的设计、布线等工作，这是因为当时所谓集成电路的复杂程度远不及现在。工业界开始使用几何学方法来制造用于电路光绘（photoplotter）的胶带。到了1970年代中期，开发者尝试将整个设计过程自动化，而不仅仅满足于自动完成掩膜草图。第一个电路布线、布局工具研发成功。设计自动化会议（Design Automation Conference）在这一时期被创立，旨在促进电子设计自动化的发展。
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鉴于集成电路规模的扩大、半导体技术的发展，电子设计自动化的重要性急剧增加。这些工具的使用者包括半导体器件制造中心的硬件技术人员，他们的工作是操作半导体器件制造设备并管理整个工作车间。一些以设计为主要业务的公司，也会使用电子设计自动化软件来评估制造部门是否能够适应新的设计任务。电子设计自动化工具还被用来将设计的功能导入到类似现场可编程逻辑门阵列的半定制可编程逻辑器件，或者生产全定制的专用集成电路。
随着系统变得复杂和庞大，EDA系统设计工具的出现为系统设计师们提供了优越的环境和有力的保障。EDA技术与传统电子设计相比在产品设计理念，设计方式，系统硬件构成和知识产权等方面更具优势。
2.2FPGA基本介绍
2.2.1FPGA简介
FPGA（Field－Programmable Gate Array），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。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。
FPGA一般来说比ASIC（专用集成电路）的速度要慢，无法完成复杂的设计，但是功耗较低。它有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，
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