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基于FPGA的数字时钟设计
目 录
摘 要 ................................................................................................................................ 1 Abstract ............................................................................................................................. 2 第一章
1.1. 1.2. 1.3. 第二章
2.1
绪论 ................................................................................................................ 1 选题意义与研究现状 .................................................................................... 1 国内外研究及趋势 ........................................................................................ 1 论文结构 ........................................................................................................ 2 编程软件及语言介绍 .................................................................................... 3 Quarters II编程环境介绍 ........................................................................... 3
菜单栏 ..................................................................................................... 3 工具栏 ..................................................................................................... 8 功能仿真流程 ......................................................................................... 9
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2
Verilog HDL语言介 ................................................................................... 10
什么是verilog HDL语言 ................................................................... 10 主要功能 ............................................................................................... 11
2.2.1 2.2.2
第三章
3.1 3.2
数字化时钟系统硬件设计 .......................................................................... 13 系统核心板电路分析 .................................................................................. 13 系统主板电路分析 ...................................................................................... 15
时钟模块电路 ....................................................................................... 15
3.2.1
3.2.2 3.2.3 3.2.4
第四章
4.1
显示电路 ............................................................................................... 15 键盘控制电路 ....................................................................................... 17 蜂鸣电路设计 ....................................................................................... 17
数字化时钟系统软件设计 .......................................................................... 18 整体方案介绍 .............................................................................................. 18
整体设计描述 ....................................................................................... 18 整体信号定义 ....................................................................................... 19 模块框图 ............................................................................................... 20
4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2
分频模块实现 .............................................................................................. 20
分频模块描述 ....................................................................................... 20 分频模块设计 ....................................................................................... 20 分频模块仿真 ....................................................................................... 21
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3
计时模块实现 .............................................................................................. 21
4.3.1 计时模块描述与实现 .................................................................................. 21 4.3.2 计时模块仿真 .............................................................................................. 23 4.4
按键处理模块实现 ...................................................................................... 23
按键处理模块描述 ............................................................................... 23 按键去抖处理模块设计 ....................................................................... 24 按键模块去抖仿真 ............................................................................... 24
4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.5
闹钟模块实现 .............................................................................................. 25
闹钟模块设计 ....................................................................................... 25 闹钟设定模块仿真 ............................................................................... 25
4.5.1 4.5.2 4.6
蜂鸣器模块实现 .......................................................................................... 25
蜂鸣器模块描述 ................................................................................... 25 蜂鸣器模块实现 ................................................................................... 26 蜂鸣器模块仿真 ................................................................................... 27
4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.7
显示模块实现 .............................................................................................. 27
显示模块描述 ....................................................................................... 27 显示模块实现 ....................................................................................... 27
4.7.1 4.7.2
4.7.3
第五章
5.1 5.2 5.3 5.4 第六章
5.5 5.6
显示模块仿真 ....................................................................................... 29
系统调试及运行结果分析 .......................................................................... 30 硬件调试 ...................................................................................................... 30 软件调试 ...................................................................................................... 31 调试过程及结果 .......................................................................................... 31 调试注意事项 .............................................................................................. 33 总结和展望 .................................................................................................. 34 总结 .............................................................................................................. 34 展望 .............................................................................................................. 34
参考文献 .......................................................................................................................... 35 致 谢 .......................................................................................................................... 36 附 录 .......................................................................................................................... 37
第一章 绪论
1.1. 选题意义与研究现状
在这个时间就是金钱的年代里，数字电子钟已成为人们生活中的必需品。目前应用的数字钟不仅可以实现对年、月、日、时、分、秒的数字显示，还能实现对电子钟所在地点的温度显示和智能闹钟功能，广泛应用于车站、医院、机场、码头、厕所等公共场所的时间显示。
随着现场可编程门阵列( field program-mable gate array ，FPGA) 的出现，电子系统向集成化、大规模和高速度等方向发展的趋势更加明显， 作为可编程的集成度较高的ASIC，可在芯片级实现任意数字逻辑电路，从而可以简化硬件电路，提高系统工作速度，缩短产品研发周期。故利用 FPGA这一新的技术手段来研究电子钟有重要的现实意义。设计采用FPGA现场可编程技术，运用自顶向下的设计思想设计电子钟。避免了硬件电路的焊接与调试，而且由于FPGA的 I O端口丰富，内部逻辑可随意更改，使得数字电子钟的实现较为方便。
本课题使用Cyclone EP1C6Q240的FPGA器件，完成实现一个可以计时的数字时钟。该系统具有显示时、分、秒，智能闹钟，按键实现校准时钟，整点报时等功能。满足人们得到精确时间以及时间提醒的需求，方便人们生活。 1.2. 国内外研究及趋势
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。
二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子时钟，它是近代世界钟表业界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。第三次革命就是单片机数码计时技术的应用，使计时产品的走时日差从分级缩小到1600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期的显示功能，它更符合消费者的生活需求！因此，电子时钟的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步。