EDA课程设计报告

湘潭大学EDA课程设计报告学院信息工程学院专业班级电子信息工程2班学号2015550605学生姓名毛圣杰指导教师吴亚联完成日期2017年9月28日1课程设计任务书设计题目篮球竞赛30秒倒计时器设计时间2017年9月28日学生姓名毛圣杰学号2015550605班级电子信息工程2班一、设计任务及要求：设计任务：(1)30秒计时器具有显示30秒的计时功能。(2)系统设置外部操作开关，控制计时器的启动和暂停／连续功能。(3)计时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒。(4)当计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，应发出光电报警信号。设计要求：(1)采用VHDL语言编写程序，并在QUARTUSII平台中进行仿真，下载到EDA实验箱进行验证。(2)编写设计报告，要求包括方案选择、程序清单、调试过程、测试结果及心得体会。(3)设计地点：信息楼401,EDA实验室。2二、进度安排：序号各阶段完成的内容完成时间1查阅相关文献资料、课题调研2017.9.20-2017.9.222掌握设计软件、制订进度计划2017.9.20-2017.9.223系统方案的比较和选定2017.9.224画出VHDL设计框图，确定各模块或进程的端口或信号，画出系统的RTL图2017.9.235编写VHDL代码2017.9.23-2017.9.256代码调试及仿真2017.9.257下载，系统硬件测试2017.9.25-2017.9.288验收2017.9.289撰写课程设计报告2017.9.29-2017.10.53目录1.系统设计............................................................51.1系统方案设计.......................................................................................................................51.2系统RTL图设计..................................................................................................................61.3代码编写与调试..................................................................................................................72.系统仿真与测试.....................................................82.1系统时序仿真与分析.........................................................................................................82.2硬件下载与测试....................................................................................................................93.收获与体会........................................................104.参考文献..........................................................115.附录..............................................................12附录1：代码...............................................................................................................................12附录2：硬件测试结果图........................................................................................................14附录3：问题回答记录表........................................................................................................164篮球竞赛30秒倒计时器摘要：计时器在人类生活中有着非常重要而广泛的应用，古时候人们就开始用沙漏和水漏做定时工具，随着科技和社会的发展，人们开始用全新的方法来改造计时器以达到准确计时的目的。篮球竞赛计时器就是一种典型的计时器的应用。在篮球比赛中规定球友持球的时间不能超过30秒，否则就是犯规。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间进行30秒限制，一旦球员持球的时间超过了30秒，它将自动报警从而判定刺球员的犯规。本文设计用的是实现以中小规模集成电路设计计时器的方法，它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。它是由秒脉冲产生电路、计数电路、译码显示电路、控制电路及报警电路组成。通过QUARTUSII设计并进行仿真，同时在试验箱上连接制作了硬件实现电路。关键词：30秒计时器；51.系统设计1.1系统方案设计图1-130秒计时器系统原理框图该系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)和报警电路等5个部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停／连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停／连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停／连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。另外，外部操作开关都应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。在经济方面，因为结构简单，便于减少CPU的占用时间，减少能耗，从而降低用电成本，同时能节省操作人员的操作时间，提高了效率，也避免了劳动力的浪费。秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路外部操作开关61.2系统RTL图设计图1-2表1-1引脚适配PinNamePinAssignmentPinTypeclk53Inputclk_out4OutputCLR39InputENB42InputPLD43InputS0[3]76OutputS0[2]77OutputS0[1]79OutputS0[0]80OutputS1[3]70OutputS1[2]73OutputS1[1]74OutputS1[0]75OutputWARN44Output71.3代码编写与调试在设计初，由于实验箱有时钟输出，因此编程时没有考虑对时钟的编写，重点放在了对控制电路的实现，控制电路是这次课程设计的核心，要充分理解题目的要求，搞清楚各个功能的嵌套及与时钟的关系。最后是译码显示电路，其目的就是将计数的结果完整的显示在数码管上，代码可以参考课本，属于比较简单的内容。将所有程序编写完毕后，进行编译调试，由于混淆了功能的嵌套关系，虽然编译可以通过，但是从波形仿真不能得到有效的逻辑关系。从新调整过后，基本实现了其功能。为了使系统功能更完整，在最终编程阶段加入了秒脉冲发生器的代码，经过简单的调整后，可以完美的实现系统功能。82.系统仿真与测试2.1系统时序仿真与分析时序仿真前首先要对代码进行编译运行，没有错误之后才可以建立vectorwaveformfile文件，建立文件之后加入引脚，设置合适的终止时间（在此次设计中我设置的终止时间为3.5ms），设置各个输入引脚的波形并仿真即可得到对应的仿真波形图。图1-2如图，clk为高频时钟输入信号，由于频率过高所以在波形图上显示的为黑线，但可以通过编写的分频计程序将其分频；clk_out为系统内部的时钟总线，其相对于clk显得频率就小了很多，其为实现各个控制功能提供时序；CLR为清零控制端，与时钟信号无关，因此为异步清零，当期为‘1’时，可以看到计数器被清零；PLD为置数端，上升沿触发，因此为同步置数，当其为高电平时，计数器显示‘30’；ENB为使能端，高电平有效，当其为‘1’时，系统开始工作；WARN为警示输出端，当计数满了之后，输出高电平；S0和S1为计数输出，为四位向量，通过译码可以转换为数字在数码管上显示，在波形图上也可以看到从‘30’到‘00’的倒计时的过程。在第一次仿真时，由于没有注意clk_out的电平持续时间，在设置PLD的高电平时间过小，完全嵌套在clk_out的高电平中，无法实现有效触发。第二次仿真时更正了PLD的持续时间，得到了如图正确的波形仿真。92.2硬件下载与测试硬件下载：将编程电缆插入计算机的并行接口上同时将编程电缆的另一端接在试验箱上。将程序下载进试验箱。硬件测试：将清零端置高电平，观察数码管显示状态。若显示正常，则将清零端置低电平。将置数端置高电平，观察数码管显示状态。若显示正常，则将置数端置低电平。打开使能端，观察其是否正常计数，若计数正常，关闭使能端，观察其是否可以暂停计数。待计数完毕后，观察警示led是否正常发光。测试完毕。103.收获与体会本次课程设计是将模拟电子技术基础和数字电子技术基础以及电工电子技术的内容相结合，在此次设计的过程中发现了自己对理论知识认识的不足还有在动手操作方面还欠缺锻炼，因此我在此次课程设计的时候加深对老师所教的内容进一步复习，并且在上机练习的时候我就更加加强了对实践的重视。通过这次课程设计我还知道了在学习这条道路上我们不断要加强学习，还要有坚持不懈的学习精神。要将理论知识与实践相结合，要用理论指导实践，用实践来验证理论，让我们学于所用。此外，这次课程设计让我对学习的态度有了进一步的改变，事在人为，想做好一件事就要踏踏实实，兢兢业业，心无旁骛。唯有这般，才能事半功倍，学有所成。最后，还要感谢吴亚联老师的悉心指导，指导我顺利完成课设。114.参考文献[1]潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社,2002.[2]杨君,王景存.基于VerilogHDL的流水线的设计方法及应用[J].武汉科技大学学报(自然科学版),2002,25(4):394—396.[3]郝国法,黄睿,郝琳,等.FPGA在设计中的应用[J].武汉科技大学学报(自然科学版),2001,24(2):178—180.[4]王景存,李炳生,郝国法,等.用FPGA实现数字逻辑分析仪设计[J].武汉科技大学学报(自然科学版),2001,24(1):298—300.[5]胡华春,石玉.数字锁相环原理与应用[M].上海科学技术出版社,1990.125.附录附录1：代码LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYbsk30ISPORT(clk,CLR:INSTD_LOGIC;PLD,ENB:INSTD_LOGIC;-------PLD表示复位信号WARN:OUTSTD_LOGIC;clk_out:outstd_logic;S1,S0:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));------------译码输出，S1为十位S0为个位ENDbsk30;-------------------------------