【正文】 各子模塊下載調(diào)試 ………………………………………………………… 23 各子 模塊聯(lián)調(diào)思想設(shè)計(jì) …………………………………………………… 25 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試中的問題 ……………………………………………………… 26 5 心得與體會 ……………………………………………………………………… 27 結(jié)論 ………………………………………………………………………………… 29 致謝 ……………………………………………………………… ………………… 29 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 29 1 / 34 EDA 設(shè)計(jì)論文 蔣小龍 0716150124 1 引言 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷 發(fā)展在涉及通信、國防、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用儀器儀表等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，現(xiàn)場可編程陣列FPGA 技術(shù)正以驚人的速度上升 .電子類新技術(shù)項(xiàng)目的開發(fā)也更多地依賴于 FPGA技術(shù)的應(yīng)用 ,電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)和 CPU 的設(shè)計(jì)進(jìn)人了一個(gè)全新的時(shí)代 .EDA 技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展而發(fā)展起來的，現(xiàn)今電子設(shè)計(jì)是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件 ,運(yùn)用 自頂而下的層次化設(shè)計(jì)方法 完成用軟件方式設(shè)計(jì)的 電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真、直至對特定芯片的適配編譯、邏輯映射編程下載等，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù) .電子工程師們從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，要求能夠充分利用 EDA 技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)仿真軟件對電路、信號與系統(tǒng)進(jìn)行輔助分析，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，從而提高開發(fā)產(chǎn)品進(jìn)程及設(shè)計(jì)人員的工作效率 .本數(shù)字鐘的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 自頂而下的層次化設(shè)計(jì)方法 ，運(yùn)用 Quartus軟件進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，提高了設(shè)計(jì)的效率， 縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間 。 為把結(jié)果顯示出來，考慮用動(dòng) 態(tài)顯示的技術(shù)實(shí)現(xiàn) LED 管子的點(diǎn)亮。 6 / 34 EDA 設(shè)計(jì)論文 蔣小龍 0716150124 3． 2Hz 的設(shè)計(jì) 2Hz 的設(shè)計(jì)可以將 2000Hz 進(jìn)行調(diào)用上述 1000 分頻的模塊就可以直接獲得 2Hz 的頻率。 這里首先值得考慮的就是怎么樣將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值正確的顯示 在 LED管子上，這其實(shí)設(shè)計(jì)到一個(gè) BCD 譯碼電路，選用 7447 可以將 BCD 碼轉(zhuǎn)換成 對應(yīng)的能取得 LED 管子的段碼，同時(shí)考慮到動(dòng)態(tài)顯示的復(fù)用問題， 7447 的輸出端是與所有的 LED 管子的段碼總線相連的，所有要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示的功能，就必須通過循環(huán)使能對應(yīng)的 LED 管子，并且在使能 LED 管子的同時(shí)還必須與所要顯示的數(shù)字相對應(yīng)，這就又涉及到一個(gè)動(dòng)態(tài)選自數(shù)據(jù)的電路，并且這種動(dòng)態(tài)選自數(shù)據(jù)的電路，和使能 LED 管的 74138 譯碼器必須通過同一個(gè)計(jì)數(shù)值循環(huán)來控制， 這樣才能保證對應(yīng)得 LED 管子輸出對應(yīng)的數(shù)據(jù)。 1．模 28,30， 31,12 的設(shè)計(jì) 首先毫無疑問先將基本的模 28,30,31， 12 實(shí)現(xiàn)。 各子模塊聯(lián)調(diào)思想設(shè)計(jì) 各個(gè)子模塊調(diào)試下載測試完畢之后，就必須將各個(gè)子模塊聯(lián)調(diào)，因?yàn)橄到y(tǒng)是個(gè)集成系統(tǒng)，必須將各個(gè)子模塊集成在一起，這就設(shè)計(jì)到如何將各個(gè)子模塊綜合在一起，而且相互模塊之間并不相互影響。 回想這次的設(shè)計(jì)過程，萬年歷實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)象出了一些問題，但仿真的結(jié)果都是非常的正確的，關(guān)于這方面的問題還 需以后繼續(xù)學(xué)習(xí) 積累 。gTXRm 6X4NGpP$vSTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。UE9aQGn8xp$Ramp。gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3tnGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8! 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z89Am YWpazadNuGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3tnGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm6X4NGpP$vSTamp。gTXRm 6 X4NGpP$vSTTamp。QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 5 心得與 體會 本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以說是我所目前設(shè)計(jì)電路規(guī)模最大的，這次通過軟件設(shè)計(jì)大大提高速度與效率， 我切身感受到了 EDA 設(shè)計(jì)的過程，懂得了設(shè)計(jì)電路的一般的過程 ，深刻體會到了 設(shè)計(jì)電路的內(nèi)涵，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到了非常多的問題， 不過俗話說，遇到問題將問題解決，這樣對自己才能提高，自己的能力才能切實(shí)的提高， 通過姜老師的細(xì)心的指導(dǎo)，不厭其煩的教我，我真的學(xué)到了很多，感受了很多，體驗(yàn)了很多，升華了很多。 開關(guān)的資源分配關(guān)系制成表格如下 開關(guān) 對應(yīng)功能 1K 系統(tǒng)的使能開關(guān) 2K 系統(tǒng)的清零開關(guān) 3K 系統(tǒng)的校分開關(guān) 4K 系統(tǒng)的校時(shí)開關(guān) 5K 鬧鈴的校分開關(guān) 6K 鬧鈴的校時(shí)開關(guān) 7K 鬧鈴和正常時(shí)鐘計(jì)數(shù)界面的切換 8K 實(shí)現(xiàn)切換到萬年歷界面 23 / 34 EDA 設(shè)計(jì)論文 蔣小龍 0716150124 各子模塊 調(diào)試及聯(lián)調(diào) 設(shè)計(jì) 上面只是在原理上論述了各個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)的所有細(xì)致的問題，所設(shè)計(jì)的電路是否正確還需要進(jìn)行仿真 和下載調(diào)試，下面就 一些重要 模塊進(jìn)行仿真下載調(diào)試。 這里給出哪些月是 28,30,31 的計(jì)數(shù)規(guī)則。 鑒于此，采用 D 觸發(fā)器進(jìn)行開關(guān)的消顫，因?yàn)?D 觸發(fā)器可以認(rèn)為是邏輯的跟隨器， 它輸出的結(jié)果的變化速度依賴于輸入到 D 觸發(fā)器的脈沖，只要實(shí)現(xiàn)輸入 D 觸發(fā)器的時(shí)鐘 CLK 比實(shí)際開關(guān)的抖動(dòng)脈沖頻率低，而又不是太低，不至于延 遲太長的時(shí)間，這樣就實(shí)現(xiàn)了消顫的功能，下面給出消顫的電路圖： 整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊 9 / 34 EDA 設(shè)計(jì)論文 蔣小龍 0716150124 系統(tǒng)要求 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（當(dāng)時(shí)鐘計(jì)到 59’ 53” 時(shí)開始報(bào)時(shí)，在 59’53” , 59’ 55” ,59’ 57” 時(shí)報(bào)時(shí)頻率為 2000Hz,59’ 59” 時(shí)報(bào)時(shí)頻率為 4KHz, ） 這其實(shí)涉及到一些簡單的邏輯運(yùn)算而言，首先基本的思想就是必須保證分鐘保持在 59 分處，將基本的關(guān)系列出來之后，可以發(fā)現(xiàn)必須保證下面的邏輯為 1，即可滿足分鐘保持在 59 分處的要求。 最終考慮到如下的設(shè)計(jì) 通過設(shè)計(jì)模 8 計(jì)數(shù)器，不過在計(jì)數(shù)器記到 010 時(shí)，直接通過同步置位法將計(jì)數(shù)的值置成 101，這樣就少了 011 和 100 兩個(gè)數(shù)，模 8 實(shí)際上是模 6 計(jì)數(shù)器，是用來實(shí)現(xiàn)模 6 分頻的，并且可以看到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程如下 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1? ? ? ? ? 5 / 34 EDA 設(shè)計(jì)論文 蔣小龍 0716150124 從而可以將 2Q 的結(jié)果進(jìn)行輸出，就可以實(shí)現(xiàn) 6 分頻，并且輸出的結(jié)果是方波。 該系統(tǒng)所具有的功能如下 ? 能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能 ? 分別由六個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)分秒的計(jì)時(shí) ? 系統(tǒng)就有保持，清零，校分，校時(shí) ? 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 2 / 34 EDA 設(shè)計(jì)論文 蔣小龍 0716150124 ? 任意時(shí)間設(shè)置鬧鈴 ? 萬年歷功能 下面給出系統(tǒng)的總體框圖 分 頻L E D 動(dòng) 態(tài) 顯 示計(jì) 時(shí) 電 路較 分 、 校 時(shí) 、 清零 、 保 持 電 路整 點(diǎn) 報(bào) 時(shí)鬧 鈴 萬 年 歷圖 2 . 1 系 統(tǒng) 的 總 體 框 圖 系統(tǒng)的工作原理 該數(shù)字鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是借助于現(xiàn)有的 SmartSOPC 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)的時(shí)鐘是固定的 48MHz,所以要進(jìn)行使用必須進(jìn)行系統(tǒng)的時(shí)鐘分頻的工作 。從下面的分析可以得知系統(tǒng)工作所需要的所有頻率為 1Hz,2Hz,2000Hz,4000Hz。具體的電路設(shè)計(jì)如下： 下面是 1000 分頻的設(shè)計(jì)，考慮到經(jīng)過 12 分頻后頻率有所下降， 并且通過三個(gè)模 10計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn) 1000分頻的最后輸出端 3Q 的持續(xù)高電平的時(shí)間也不是很短，計(jì)數(shù)值從 8099 3Q 都是高電平，所以后級電路還是可以捕捉到經(jīng)過1000 分頻后的脈沖的。 Q MH [2] Q MH [0] Q ML [3] Q ML [0]Q MH ,Q ML? ? ?其 中 分 別 表 示 分 的 十 位 和 個(gè) 位 其次必須保證秒的 十位是 5，這其實(shí)只有保證下面的邏輯是 1，即可實(shí)現(xiàn) Q SH [2 ] Q SH [0 ]Q SH ,Q SL?其 中 分 別 表 示 秒 的 十 位 和 個(gè) 位 接下來就是秒的各位進(jìn)行一些簡單的邏輯運(yùn)算而言，首先將各為可能的情況列舉如下 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 00 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1? ? ? ?? ? ? ? ? 通過分析可知， 要求個(gè)位在 0011,0101,0111 產(chǎn)生一個(gè)邏輯控制信號來控制 2000Hz 的頻率，在個(gè)位 1001 時(shí)產(chǎn)生一個(gè)邏輯控制信號來控制 4000Hz。 28 計(jì)數(shù)規(guī)則是 2 月 31 計(jì)數(shù)規(guī)則是 1,3,5,7,8,10,12 月 30 計(jì)數(shù)規(guī)則是 4,6,9,11 月 所以必須設(shè)計(jì)一種控制邏輯依據(jù)不同的月來選擇不同的模計(jì)數(shù)器，直觀的想法就是通過月數(shù)判斷出來的邏輯來使能各個(gè)計(jì)數(shù)器， 使得當(dāng)是 2 月的時(shí)候，日計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模數(shù)是 28，當(dāng)月數(shù)是 4,6,9,11 時(shí)，日計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模數(shù)是 30，當(dāng)月數(shù)是 1,3,5,7,8,10,12 時(shí)，日計(jì)數(shù)的模數(shù)是 31。 各子模塊 下載調(diào)試 1 24 分頻測試 在進(jìn)行時(shí)鐘分頻的設(shè)計(jì)中， 48000000 次分頻是很難通過仿真波形看出來的，只能通過實(shí)際的系統(tǒng)的 LED 燈才能看出來，為此首先進(jìn)行 24 分頻的測試，仿真波形如下： 2 模 24 計(jì)數(shù)測試 基于各個(gè)計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)其實(shí)都是一致的，這里主要給出模 24 的仿真波形 3 BCD 轉(zhuǎn)換 Binary 測試 為測試轉(zhuǎn)換是否正確，進(jìn)行仿真，仿真波形如下，從下面可以看出， 12 仿真結(jié)果是非常正確的。 這次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使我對以前學(xué)過的數(shù)字電路的知識有了更深入的理解，對 芯片的種類和使用有了更廣泛的認(rèn)識，還有就是，這 次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)對我以后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)前導(dǎo)性的作用，可以說這次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)把我?guī)肓藬?shù)字電路設(shè)計(jì)的殿堂，第一次正規(guī)的體驗(yàn)到了現(xiàn)代數(shù)字電路設(shè)計(jì)的全過程，學(xué)會了 自頂而下的層次化設(shè)計(jì)方法， 這對以后設(shè)計(jì)系統(tǒng)是非常有利的，因?yàn)楝F(xiàn)代無論設(shè)計(jì)什么系統(tǒng)基本都是采用 這樣的設(shè)計(jì)方法，那就是先進(jìn)行總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行各個(gè)子模28 / 34 EDA 設(shè)計(jì)論文 蔣小龍 0716150124 塊的