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毕业设计(论文)
论文题目
基于 FPGA 的数字秒表的设计
基于 FPGA 的数字秒表的设计
摘 要
该设计是用于体育比赛的数字秒表,基于 FPGA 在 Quartus II 9.0 软件下应用 Verilog
语言编写程序,采用 ALTRA 公司 Acex1k 系列的 Ep1k30tc144-3 芯片进行了计算机仿真,并
给出了相应的仿真结果。本设计有效的克服了传统的数字秒表的缺点,采用 EDA 技术采取
自上而下的设计思路。绘制出了具体的逻辑电路,最后又通过硬件上对其进行调试和验证。
该电路能够实现很好的计时功能,计时精度高。
关键字:数字秒表 EDA FPGA Verilog Quartus II
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The design of digital stop watch
based on FPGA
Abstract
This design is a digital stop watch which is used for athletic contests and is based on FPGA
using Verilog language to write program in Quartus II software,adopting Ep1k30tc144-3 chip of
Cyclone series of ALTRA company for computer simulation and at the same time showing the
corresponding simulation result. This design effectively overcomes the traditional digital stop
watch weaknesses and takes a top-down approach to design. Draw out a particular logic circuits,
and finally pass the circuits to the hardware to debug and verify it. This circuit is able to carry
out excellent timing function and has high timing precision.
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Key Words: Digital stop watch EDA FPGA Verilog Quartus II
目录
第 1 章 绪论 .................................................................................................................................6
1.1 课题背景 ..........................................................................................................................6
1.2 硬件描述语言 ..................................................................................................................7
1.2.1 VHDL 语言 ............................................................................................................8
1.2.2 Verilog HDL 语言 .............................................................................................8
1.2.3 Verilog HDL 与 VHDL 的比较 ............................................................................9
1.2.4 VHDL 设计中电路简化问题的探讨
[10]
.................................................................9
1.2.5 Verilog 和 Quartus II 在设计数字电路中的应用
[11]
.....................................9
1.2.6 用 EDA 方法设计数字系统的灵活性
[12]
............................................................10
1.3 设计指标 ........................................................................................................................10
1.4 本文工作 ........................................................................................................................10
第 2 章 EDA 设计方法及其应用 ..................................................................................................12
2.1 分析方法 ........................................................................................................................12
2.2 表示方法 ........................................................................................................................13
2.2.1 文本表示方法 ......................................................................................................13
2.2.2 图形表示方式 .....................................................................................................14
2.2.3 文本、图形混用方式 .........................................................................................14
4
2.3 实现方法 ........................................................................................................................14
2.3.1 硬件描述语言编程实现法 ..................................................................................14
2.3.2 原理图设计实现法 .............................................................................................14
2.3.3 参数可设置兆功能块实现法 .............................................................................14
2.3.4 软的或硬的 IP 实现法 ........................................................................................15
第 3 章 设计思想与方案论证 .....................................................................................................16
3.1 设计思想 ........................................................................................................................16
3.2 论证分析 ........................................................................................................................18
第 4 章 系统设计 .........................................................................................................................19
4.1 系统的总体设计 .............................................................................................................19
4.1.1 顶层电路设计 ......................................................................................................19
4.1.2 数字秒表的设计原理 ..........................................................................................20
4.1.3 时钟分频电路模块 ..............................................................................................20
4.1.4 计时模式调整控制电路 ......................................................................................21
4.1.5 计时电路模块 ......................................................................................................22
4.1.6 倒计时电路模块 ..................................................................................................25
4.1.7 显示控制电路设计 ..............................................................................................26
第 5 章 系统仿真 .........................................................................................................................29
5.1 Quartus Ⅱ简介 ............................................................................................................29
5.1.1 Quartus Ⅱ的功能..................................................................................................29
5.1.2 Quartus Ⅱ的主要特点..........................................................................................29
5.2 可编程逻辑器件 ............................................................................................................30
5.2.1 可编程逻辑器件简介 .........................................................................................30
5.3 系统仿真 ........................................................................................................................32
结论 ...............................................................................................................................................34
参考文献 .......................................................................................................................................35
致谢 ...............................................................................................................................................36
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第 1 章 绪论
数字秒表是日常生活中比较常见的电子产品,其设计也是 EDA 技术中最基本的设计实
验之一
[1]
。当今社会是数字化的社会,是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本
身在不断进行更新换代,随着微电子技术的发展,设计与制造集成电路的任务已不完全由
半导体厂商来独立承担。系统设计师更愿意自己设计专业集成电路(ASIC)芯片,而且希望
设计周期尽可能短,最好在实验室里就能设计出合适的 ASIC 芯片并且立即投入实际应用
之中,因而出现了现场可编程器件
[2]
(FPGA)。FPGA/CPLD(现场可编程逻辑器件/复杂可
编程逻辑器件)在 EDA 基础上的广泛应用.从某种意义上说,新的电子系统运转的物理机
制又将回到原来的纯数字电路结构,但这是—种更高层次的循环,应是一次否定之否定的
运动,它在更高层次上容纳了过去数字技术的优秀部分,对 MCU 系统将是—种扬弃,但在
电子设计的技术操作和系统构成的整体上却发生质的飞跃。如果说 MCU 在逻辑的实现上是
无限的话,那么高速发展的 FPGA/CPLD 不但包括了 MCU 这一特点,并兼有串、并工作方式