【正文】 Xxxxxxxx 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 2020年 7 月 12日 課 程 硬件課程設(shè)計(jì) 題 目 電子秒表設(shè)計(jì) 院 系 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 111班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程 硬 件課程設(shè)計(jì) 題目 電子秒表設(shè)計(jì) 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào) 主要內(nèi)容、基本要求等 一、主要內(nèi)容： 利用 KX_DN 教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱、微機(jī)和 QuartusⅡ軟件系統(tǒng)，使用 VHDL 語言輸入方法設(shè)計(jì)數(shù)字秒表。它主要由顯示譯碼器、分頻器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、報(bào)警器和計(jì)數(shù)器組成。秒共有 6 個(gè)輸出顯示，分別為百分之一秒、十分之一秒、秒、十秒、分、十分，所以共有 6 個(gè)計(jì)數(shù)器與之相對(duì)應(yīng)， 6 個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出全都為 BCD 碼輸出，這樣便于同顯示譯碼器的連接。要求可以利用層次設(shè)計(jì)方法和 VHDL 語言，完成硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和仿真。最后在 KX_DN 教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱中實(shí)現(xiàn)。 二、基本要求： 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器：用來分別對(duì)百分之一秒、十分之一秒、秒和分進(jìn)行計(jì)數(shù)； 6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器：用來分別對(duì)十秒和十分進(jìn)行計(jì)數(shù)； ：完成對(duì)顯示的控制； 4. 能任意啟動(dòng)和歸零。 三、擴(kuò)展要求 按照規(guī)范寫出論文，要求字?jǐn)?shù)在 4000 字以上，并進(jìn)行答辯。論文內(nèi)容包括概述（學(xué)習(xí)、調(diào)研、分 析、設(shè)計(jì)的內(nèi)容摘要）、 EDA 技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、對(duì) KX_DN 教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱和 QuartusⅡ軟件的掌握程度、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)過程（包括原理圖或程序設(shè)計(jì)、編譯、仿真分析、硬件測(cè)試的全過程），論文中含有原理圖、程序、仿真波形圖及其分析報(bào)告。 完成期限 第 19— 20 周 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2020 年 6 月 25 日 摘 要 EDA 技術(shù)是在電子 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最 新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。 本文通過硬件語言 VHDL 的描述，完成可以記錄兩次的秒表的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，先設(shè)計(jì)秒表的各個(gè)底層模塊，運(yùn)用底層各個(gè)模塊產(chǎn)生的進(jìn)位將各個(gè)模塊連接起來實(shí)現(xiàn)一個(gè)普通秒表。然后再將兩個(gè)普通秒表用選擇電路連接在一起，完成可以記錄兩次的秒表。 本次設(shè)計(jì)的目的就是在掌握 EDA 初步使用 的 基礎(chǔ)上， 運(yùn)用 VHDL 語言 對(duì) 數(shù)字秒表進(jìn)行 設(shè)計(jì)， 將 理論 和實(shí)踐相結(jié)合 ，提高 與計(jì)算機(jī)硬件有關(guān) 設(shè)計(jì)能力，提高分析、解決計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)際問題的能力。 通過課程設(shè)計(jì)深入理解 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與控制實(shí)現(xiàn)的技術(shù) ，達(dá)到課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)。 關(guān)鍵詞 ： 電 子秒表； 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 ；硬件描述語言； QuartusⅡ 目 錄 第 1 章 概 述 ...............................................1 EDA 的概念 .............................................1 硬件描述語言 —— VHDL ....................................4 Quartus II 概述 ........................................6 第 2 章 實(shí)驗(yàn)原理 .............................................8 第 3 章 電子秒表設(shè)計(jì) ..........................................9 分頻電路設(shè)計(jì) ..........................................9 10位計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) ....................................... 10 6位計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) ........................................ 11 電子 秒表設(shè)計(jì) ......................................... 13 擴(kuò)展 功能 ............................................ 15 電子 秒表下載實(shí)現(xiàn) ...................................... 18 結(jié) 論 .................................................... 20 參考文獻(xiàn) .................................................. 21 東北石油大學(xué)硬件課程設(shè)計(jì) 1 第 1 章 概 述 EDA 的概念 EDA 技術(shù) 是 在 20 世紀(jì) 60 年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（ CAM）、計(jì) 算機(jī) 輔助測(cè)試（ CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）的概念發(fā)展而來的 。 EDA 是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (Electronic Design Automation)的縮寫。 EDA 技 術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在 EDA 軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言HDL 完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 EDA 技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 EDA 是電子技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，也就是能夠幫助人們?cè)O(shè)計(jì)電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。該工具可以在電子產(chǎn)品的各個(gè)設(shè)計(jì)階段發(fā)揮作用，使設(shè)計(jì)更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能。在原理圖設(shè)計(jì)階段，可以使用 EDA 中的仿真工具論證設(shè)計(jì)的正確性 ；在芯片設(shè)計(jì)階段，可以使用 EDA 中的芯片設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)制作芯片的版圖 ；在電路板設(shè)計(jì)階段，可以使用 EDA 中電路板設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)多層電路板。特別是支持硬件描述語言的 EDA 工具的出現(xiàn)，使復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化成為可能，只要用硬件描述語言將數(shù)字系統(tǒng)的行為描述正確，就可以進(jìn)行該數(shù)字系統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)與制造 。 21 世紀(jì)將是 EDA 技術(shù)的高速發(fā)展期， EDA 技術(shù)將是對(duì) 21 世紀(jì)產(chǎn)生重大影響的十大技術(shù)之一。 利用 EDA 工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì) 、性能分析到設(shè)計(jì)出 IC 版圖或 PCB 版圖的整個(gè)過程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。 硬件描述語言 : 硬件描述語言 (HDL)是一種用于進(jìn)行電子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言，它采用軟件的設(shè)計(jì)方法來描述電子系統(tǒng)的 邏輯 功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式。 常用硬件描述語言有 HDL、 Ve rilog 和 VHDL 語言。 東北石油大學(xué)硬件課程設(shè)計(jì) 2 EDA 技術(shù)及應(yīng)用 現(xiàn)在對(duì) EDA 的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信 、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有 EDA 的應(yīng)用。目前 EDA 技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測(cè)試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到 EDA 技術(shù)。 在教學(xué)方面：幾乎所有理工科的高校都開設(shè)了 EDA 課程。主要是讓學(xué)生了解EDA 的基本原理和基本概