【VHDL 秒表】是一种使用VHDL(VHSIC Hardware Description Language)编程语言设计的电子秒表系统,通常应用于嵌入式系统或数字逻辑电路中。VHDL是一种用于描述数字系统的硬件描述语言,它允许设计者用结构化的方式描述硬件的行为和结构,然后通过综合工具将这些描述转化为实际的电路。
在《VHDL 语言》课程设计中,设计任务是创建一个数码管显示的电子秒表,具备以下功能:
1. 显示精确到0.01秒的时间。
2. 开机时显示初始值00.00.00。
3. 用户可随时进行清零、暂停和继续计时操作。
4. 最大计时可达59.59.99分钟。
5. 设计需使用CPLD(Complex Programmable Logic Device)芯片,如EP1C12Q240C8,它属于 Cyclone 系列,具有高速数据传输能力和低功耗特性。
设计方案通常有两种选择:
1. 采用8051 IP核,构建基于FPGA的8051单片机应用系统。优点是拥有标准8051指令集,但设计复杂,程序编写繁琐,可以考虑直接使用8051单片机。
2. 直接使用CPLD芯片,配合共阴七段数码管、按键和LED。虽然精确度相对较低,但对于秒表系统来说已经足够。
设计的总体框图显示了各个输入和输出接口,包括电源(VCC)、设置(set)、复位(reset)、时钟(clk)以及用于控制和显示的信号线。系统由多个模块组成,如:
- 毫秒控制模块(msecond):负责毫秒级别的计时。
- 秒控制模块(second):处理秒级别的计时。
- 分钟控制模块(minutes):管理分钟级别的计时。
- LED模块(alert):显示时间的七段数码管驱动。
- 数码管扫描模块(zhishi):实现数码管的逐位显示。
- 显示驱动模块(deled):处理数码管的亮度和闪烁。
在硬件电路设计中,每个模块都有其特定的功能,例如:
- 毫秒、秒和分钟模块通过内部逻辑电路和计数器来计算时间。
- 复位和设置输入可以用来初始化或暂停计时。
- 时钟信号是整个系统的基础,控制着时间的增加。
- LED模块则根据当前的时间值点亮相应的数码管段,显示时间。
在程序设计阶段,VHDL代码将描述这些模块的逻辑行为,使用进程(process)来响应时钟和其他输入信号的变化。同时,可能会使用到库中的计数器、移位寄存器等组件。编译仿真步骤是为了验证设计的正确性,确保秒表在不同操作条件下能够准确无误地工作。
VHDL 秒表设计是一个结合硬件电路和软件编程的实践项目,它锻炼了设计者的逻辑思维和动手能力,同时也展示了VHDL语言在数字系统设计中的强大应用。