### 基于FPGA的数字时钟设计关键知识点
#### 一、设计背景与目的
- **背景**：随着微电子技术的发展，FPGA(Field Programmable Gate Array)作为一种高度灵活且可重配置的集成电路，在现代电子系统设计中占据着极其重要的地位。特别是在实时性要求较高、逻辑功能复杂的场合下，FPGA能够提供高效、快速的解决方案。
- **设计目的**：
- 掌握使用EDA(Electronic Design Automation)工具Max+plusII进行FPGA设计的方法。
- 熟悉使用FPGA实现计数器、译码器及LED动态扫描显示驱动电路的设计。
- 熟练运用可编程逻辑器件的文本输入（VHDL）层次化设计方法。
- 学习如何使用Max+plusII进行软件仿真以及对FPGA进行硬件下载。
#### 二、设计任务及要求
- **核心任务**：设计并实现一个基于FPGA的数字时钟。
- **具体要求**：
- 实现时、分、秒显示，24小时循环计时功能。
- 具备时间校准（调时/对时）功能。
- 可以考虑增加其他扩展功能。
#### 三、设计流程与时间安排
- **第一周**：学习Max+plusII的使用，熟悉硬件电路设计，包括显示及驱动电路；学习VHDL语言，设计时、分、秒模块，并进行软件仿真。
- **第二周**：学习可编程逻辑器件的文本输入层次化设计方法，设计数字钟的译码、动态扫描及整点报时模块，完成顶层电路设计，并实现基本功能。
- **第三周**：实现额外扩展功能；使用PROTEL软件绘制整体硬件原理图；撰写并完成硬件课程设计说明书，测试硬件设计作品的功能，并进行课程设计答辩。
#### 四、硬件平台及开发工具
- **硬件平台**：基于Altera公司的FLEX10K10LC84 FPGA芯片，通过Altera可编程逻辑器件开发实验系统进行设计。
- **开发工具**：使用Max+plusII作为主要的设计工具，涵盖了从设计输入、编译、器件适配到软件仿真直至器件下载的全过程。
#### 五、数字时钟的设计方案
- **整体设计方案**：
- **功能**：以24小时制显示时、分、秒计数；具备时间清零和调整功能。
- **硬件要求**：采用6位LED数码管进行动态扫描显示，使用1Hz脉冲作为秒输入，按键用于调时，蜂鸣器和发光二极管用于整点报时。
- **引脚说明**：根据具体的应用需求确定各个引脚的功能，如输入、输出、控制等。
#### 六、FPGA的顶层设计
- **顶层设计**：主要包括时、分、秒计数器、译码器、动态扫描显示驱动电路、整点报时电路等模块的设计。
- **具体模块设计**：
- **秒模块**：实现秒计数功能，每秒更新一次。
- **分模块**：实现分钟计数功能，每分钟更新一次。
- **时模块**：实现小时计数功能，每小时更新一次。
- **动态显示扫描模块**：控制LED数码管的显示，确保每个数码管按照预定的顺序被点亮。
- **段码译码模块**：将数字转换成相应的LED显示信号。
- **整点报时模块**：在每个小时的整点时触发蜂鸣器和发光二极管，提示用户。
#### 七、设计实现
- **硬件设计过程**：从模块设计到顶层电路的实现，再到最终的硬件下载和调试。
- **硬件下载过程**：包括接口设置和器件编程的下载。
- **硬件电路连接**：根据设计图纸将各个部件连接起来，确保信号传输正确无误。
#### 八、结论
- 通过本次设计实践，不仅掌握了FPGA设计的基础知识和技术要点，还学会了如何使用Max+plusII进行数字时钟的设计与实现。此外，还学会了如何进行软硬件联合调试，提高了解决实际问题的能力。
#### 九、参考文献
- 在此部分列出参考的主要文献资料，包括书籍、期刊文章等。
#### 十、附录
- 提供设计过程中使用的代码、图表等相关补充材料。
