基于EDA自动打铃系统设计(课后作业)

1、考试序号：*自动打铃系统设计说明书 学 生 姓 名：* 学 号：*1610 专 业 班 级：电子13-1BF 报告提交日期：2015.11.18 理 工 学 院 物 电 学 院 自动打铃系统设计第一章 设计题目及总体要求简介2第二章 设计方案说明3第三章 各部分功能介绍及程序43.1系统框图43.2选择的FPGA芯片及配置43.3各模块（元件）说明43.3.1 计时器模块及手动校时模块43.3.2 闹钟模块53.3.3 显示模块63.3.4 顶层设计及原理图7附录：8 第一章 设计题目及总体要求简介随着EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机应用领域

2、的重要性日益突出。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，对以硬件语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，然后由是计算机自动地完成逻辑编辑、化简、分割、综合、优化、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。本设计是基于VHDL语言的自动打铃系统。在论文中，介绍了基于CHDL语言自动打铃系统的思路，整个系统需包含计时模块、校时模块、打铃模块。在Quartus II开发环境中编译和仿真所设计的程序，并逐一调试验证程序的运行状况。仿真和验证的结果证明，该设计方法切实可行，该打铃系统可以实现调时定时打铃功能，具有一定的实际应用性本设计是基于VHDL

3、的自动打铃系统，而自动打铃就像是现在的闹钟一样，起到提醒作用，6点起床闹铃，闹铃延迟时间5秒，本设计还是一个实时时钟，通过功能选择键选择计时功能、闹钟功能、手动校时功能。第二章 设计方案说明自动打铃是一种现代提醒工具，有着广泛的应用，本设计具体实现如下：（1）计时功能，24小时制显示、动态扫描显示、显示格式88-88-88；（2）闹钟功能，6点闹钟，打铃5S；（3）手动校时功能；可设置分、时；为了高效率验证设计的结果另外增加了一个手动校时模块，用两个按键（选择调分或调时，计数器增加）。在整个设计中，首先先做一个顶层模块，以top命名，然后再将各个模块在顶层模块中做好再生成各模块元器件，最后在t

4、op模块中将各个元件按功能要求连接好后进行编译，看是否通过，设置引脚后对顶层文件编译，在进行波形仿真，如果时序仿真与功能仿真的波形都正确，最后在实验箱上验证铃声是否能响起。第三章 各部分功能介绍及程序3.1系统框图图3.1 自动打铃系统框图3.2选择的FPGA芯片及配置本设计选择ACEX1K系列EP1K100QC208-3芯片。3.3各模块（元件）说明3.3.1 计时器模块及手动校时模块计数器模块包括秒计数器模块、分计数器模块、时计数器模块以及功能按键的设计。给定固定频率的时钟信号，输入计数60秒的计数器模块，等到计数器到60秒的瞬间，进位至60分的分计数器模块加1后，秒计数器模块同时清零从新

5、计时，时计时模块与秒、分计时模块类似，当来自分计时模块的进位达到24瞬间，时计数器模块清零，再从零进行计时。这样秒、分、时计时模块依次进行计时完成24进制的计时功能。本设计将计时模块集成与一体，还添加了手动校时模块，通过编译后生成计时模块的元器件如图3.1。图3.1 计时、校时模块的元器件通过对该模块的仿真，得到如图3.2的秒计时仿真图，图3.3的分计时仿真图，图3.4的时计时仿真图。图3.2 秒计时仿真图图3.3 分计时仿真图图3.4 时计时仿真图校时模块的仿真图如图3.5所示。图3.5 校时按键功能仿真模块说明：K1按键是功能选择按键，若没按下，则默认为普通计时模式，若按下一次，则为闹钟模

6、式，若按下两次，则为手动校时模块。按键turn则为，在模式2下的分校时、时校时选择按键，而m则是哪种校时选择的状态显示变量，按键change则为校时增加按键。由仿真波形可以看出：在模式2中，当turn按下时m的值反转，校时由分校时变为时校时。3.3.2 闹钟模块闹钟模块利用IF语句实现时间控制，在预设的铃声响起时间给alert一段连续的5S高电平。通过对代码的编译后生成的的闹钟模块的元器件如图3.6所示：图3.6 闹钟模块元器件仿真图如图3.7所示：图3.7 闹钟模块仿真图仿真说明：有仿真图可得，闹钟时间为06:00，当到6:00时，给alert一个高电平。3.3.3 显示模块本设计用6位数码

7、管显示，同过位选信号outb经过3-8译码后选择1位数码管，段选信号outa将要显示数据传给数码管，完成显示功能。对代码编译、生成元器件如图3.8所示，仿真图如图3.9所示：图3.8 显示模块元器件图3.9 显示模块仿真图3.3.4 顶层设计及原理图顶层模块说明：顶层设计即把电路的各个模块放在一个顶层模块中，建立一个TOP顶层文件，在这个模块中分别完成每个模块的编译，统一设定结束时间我1MS。在完成单个模块编译前先把这个模块置顶，成为活的窗口，否则就找不到对应的模块，就会出错。但要注意的是，整个模块名一定为TOP，而且每个模块的名称一定要用英文，在一个单独的模块编译通过时要生成元器件，以便在之

8、后的顶层文件画电路图时用到该元器件。等各个模块都编译完成后，进行模块连接，将每个模块按照其所要求的实现的功能进行连接起来，然后进行引脚设定，设定后的顶层模块电路图如3.10所示：图3.10 顶层模块的电路图顶层设计波形仿真：先给一个CLK脉冲，若不按K1，则为默认的24小时计时器，按下K1的次数不同即选择不同的功能，1次为闹铃功能，2次为手动校时功能。本设计中，闹铃功能，闹铃时间为6:00。附录：源程序：module conter_time(SL,SH,ML,MH,HL,HH,clr,clk,k1,turn,change); output 3:0 SL,SH,ML,MH,HL,HH;input

9、 clr,clk,k1,turn,change;reg 3:0 SL=0;reg 3:0 SH=0;reg 3:0 ML=0;reg 3:0 MH=0;reg 3:0HL=0;reg 3:0 HH=0;reg m=1b0;reg 1:0 mode=2d0; always (posedge clk) beginif(k1=1)beginif(mode=2)mode=0;elsemode=mode+1;endendalways (posedge clk) beginif(turn=1)beginm=!m;endendalways (posedge clk) begin if(clr=1) / 1系

10、统复位 begin SL=0; SH=0; ML=0; MH=0; HL=0; HH=0; endelse beginif(SL=9) begin SL=0; if(SH=5)begin SH=0; if(ML=9) begin ML=0; if(MH=5) begin MH=0;if(HL=(HH=2)?3:9) begin HL=0; if(HH=2) begin HH=0; end else HH=HH+1; end else begin HL=HL+1;endend else MH=MH+1; end else begin ML=ML+1;if(change=1 )if( mode=2

11、)begincase(m)1d0:ML=ML+1;1d1:HL=HL+1;endcase endend endelse SH=SH+1; end else SL=SL+1; end endendmodule /*显示*/ module show(clr,clk,outa, outb,sl,sh,ml,mh,hh,hl);input3:0 ml;input3:0 mh;input3:0 hl;input3:0 hh;input3:0 sl;input3:0 sh;input clk;input clr;output7:0 outa;output2:0 outb;reg3:0 mseg;reg2:

12、0 st;reg2:0 outb;reg7:0 outa;always(posedge clk or posedge clr)begin if(clr=1) st=3b0; else st=st+1;endalways(st)begin case (st) 3b000:begin mseg=sl; outb=3b000; end 3b001:begin mseg=sh; outb=3b001; end 3b010:begin mseg=ml; outb=3b010; end 3b011:begin mseg=mh; outb=3b011; end3b100:begin mseg=hl; out

13、b=3b100; end 3b101:begin mseg=hh; outb=3b101; end default:begin mseg=0; end endcaseendalways(mseg) /数码管显示begin case(mseg) 4b0001: outa=8b; 4b0010: outa=8b; 4b0011: outa=8b; 4b0100: outa=8b; 4b0101: outa=8b; 4b0110: outa=8b; 4b0111: outa=8b; 4b1000: outa=8b; 4b1001: outa=8b; 4b0000: outa=8b; default: outa=8b; endcaseendendmodule/*闹铃*/module clock(ml, mh, hl,