本文格式為Word版，下載可任意編輯——eda計(jì)時(shí)器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1/100s計(jì)時(shí)器報(bào)告

一、1/100s計(jì)時(shí)器的功能和結(jié)構(gòu)

1/100s計(jì)時(shí)器常用于體育競(jìng)賽及各種要求有較確切定時(shí)的各領(lǐng)域。以往利用常用的中小規(guī)模集成電路也可以設(shè)計(jì)這種1/100s的計(jì)時(shí)器，但是其體積尋常都較大，攜帶和使用都很不便利。為此，要求設(shè)計(jì)一塊專用的ASIC芯片，除開關(guān)、時(shí)鐘和顯示功能以外，它包括1/100s計(jì)時(shí)器所有的控制和定時(shí)功能，其體積應(yīng)和機(jī)械式計(jì)時(shí)器的大致一致。1、功能要求

（1）精度大于1/100s

計(jì)時(shí)器能顯示1/100s的時(shí)間，故提供給計(jì)時(shí)器的內(nèi)部定時(shí)的時(shí)鐘脈沖頻率大于100hz，可選1khz。

（2）計(jì)時(shí)器的最長(zhǎng)計(jì)時(shí)時(shí)間為1h

在一般的短時(shí)計(jì)時(shí)器的應(yīng)用中，1h是足夠了，為此需要一個(gè)6位的顯示器，顯示的最長(zhǎng)時(shí)間為59分59.99秒.（3）設(shè)置復(fù)位和啟/停開關(guān)

復(fù)位開關(guān)用來使計(jì)時(shí)器清零，并做好計(jì)時(shí)的準(zhǔn)備。啟/停開關(guān)的使用方法應(yīng)與傳統(tǒng)的機(jī)械式計(jì)數(shù)器一致，即按一下啟/停開關(guān)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，再按一下啟/停開關(guān)終止。復(fù)位開關(guān)可以在任何的狀況下使用，即使在計(jì)時(shí)的過程中，只要一按復(fù)位開關(guān)，計(jì)時(shí)進(jìn)程應(yīng)馬上終止，并對(duì)計(jì)時(shí)器清零。2、1/100s計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)設(shè)想

1/100s計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示。從圖中可以看到，1/100s計(jì)時(shí)器由復(fù)位開關(guān)、啟/停開關(guān)、系統(tǒng)電源復(fù)位電路、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、7段LED顯示器和1/100s計(jì)時(shí)控制芯片組成。復(fù)位開關(guān)reset_sw和start_stop_sw都是高電平有效。另外，開關(guān)的消抖電路應(yīng)在控制芯片中。系統(tǒng)復(fù)位輸入端sysres是計(jì)時(shí)器加電復(fù)位的輸入端，其復(fù)位電路是為外加的，不包含在芯片中。時(shí)鐘輸入clk是由外加時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的輸出提供的，本設(shè)計(jì)中要求輸入一個(gè)頻率穩(wěn)定的1Khz時(shí)鐘脈沖。6位顯示器需要6個(gè)7段LED，控制芯片的7條段輸出線segment（6TO0）與7段LEDd對(duì)應(yīng)連接。控制芯片的6條common（5TO0）輸出線分別接到各個(gè)LED，用來選擇顯示LED。Common以166Hz的頻率使６個(gè)LED按次序循環(huán)點(diǎn)亮，從而可以得到一個(gè)人眼觀測(cè)無閃爍感覺的穩(wěn)定的顯示輸出。

圖2.11/100s計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)圖

3、１/100s計(jì)時(shí)器控制芯片設(shè)計(jì)（1）輸入信號(hào)

復(fù)位輸入reset_sw;

啟/停輸入Start_stop_sw;系統(tǒng)復(fù)位輸入sysres;時(shí)鐘輸入clk.（2）輸出信號(hào)

LED7段輸出segment(6TO0)，共7條輸出線。LED公共端輸出common（5TO0），共6條輸出線。二、各模塊設(shè)計(jì)方法和功能1、鍵輸入子模塊（keyin）

該子模塊的輸入信號(hào)是reset_sw、start_stop_sw和keyclk。輸出信號(hào)是res（復(fù)位脈沖輸出）和stst(啟/停脈沖輸出)。每按一下reset_sw開關(guān)的按鈕，res輸出端將輸出一個(gè)脈沖寬度為一個(gè)時(shí)鐘周期（1ms）的復(fù)位脈沖。每按一下start_stop_sw開關(guān)的按鈕，stst輸出端將輸出一個(gè)脈沖寬度為1ms的啟/停控制脈沖。這兩種脈沖產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)是完全一致的，唯一應(yīng)注意的是兩種電路都應(yīng)采取防抖動(dòng)措施。2、時(shí)鐘產(chǎn)生子模塊（clkgen）

時(shí)鐘產(chǎn)生子模塊的輸入信號(hào)是1KHz的時(shí)鐘信號(hào)，輸出信號(hào)是25Hz的keyclk和用于定時(shí)計(jì)數(shù)的100Hz計(jì)數(shù)脈沖cntclk。1KHz時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)10次分頻后得到作為計(jì)數(shù)脈沖cntclk輸出的100Hz時(shí)鐘脈沖信號(hào)，再經(jīng)4次分頻即可得到25Hz的keyclk輸出。由此可知，clkgen子模塊實(shí)際上是一個(gè)用計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻的分頻電路。為實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步，該模塊采用同步計(jì)數(shù)電路。

3、控制子模塊（ctrl）

控制子模塊的輸入信號(hào)是鍵輸入子模塊輸出地復(fù)位脈沖信號(hào)res、啟/停控制脈沖stst和時(shí)鐘產(chǎn)生子模塊輸出的cntblk，其輸出信號(hào)是計(jì)數(shù)允許信號(hào)cnten，它用于控制計(jì)數(shù)子模塊的計(jì)數(shù)工作。計(jì)時(shí)器工作時(shí)，cnten端輸出100Hz的計(jì)數(shù)允許脈沖，計(jì)時(shí)器中止工作時(shí)cnten端輸出低電平。由此可見，控制子模塊是根據(jù)計(jì)時(shí)器的工作狀態(tài)，控制是否輸出計(jì)數(shù)允許脈沖的電路。

4、定時(shí)計(jì)數(shù)子模塊（cntblk）

該子模塊的輸入信號(hào)是復(fù)位脈沖信號(hào)sysres、res和定時(shí)計(jì)數(shù)脈沖clk和計(jì)數(shù)允許信號(hào)ceten，其輸出信號(hào)是：min10(分十位信號(hào))、min（分個(gè)位信號(hào)）、sec10（秒十位信號(hào)）、sec（秒個(gè)位信號(hào)）、secl_10（1/10s位信號(hào)）、secl_100（1/100s位信號(hào)）。該模塊是一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，用來產(chǎn)生要顯示的6位計(jì)時(shí)信息。5、顯示子模塊（disp）

顯示子模塊的輸入信號(hào)來自定時(shí)計(jì)數(shù)子模塊的輸出，即min10,min,sec10,sec,secl_10,secl_100以及clk和sysres。輸出信號(hào)是segment和common，用來驅(qū)動(dòng)6個(gè)7段LED數(shù)碼顯示管。

clk是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，在該計(jì)數(shù)脈沖驅(qū)動(dòng)下，六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的6個(gè)狀態(tài)000B~101B按順序循環(huán)變化，其輸出為comcnt。該comcnt經(jīng)譯碼電路com_dec譯碼產(chǎn)生選通6位數(shù)碼管之一的commom信號(hào)。與此同時(shí)，comcnt還作為數(shù)據(jù)選擇電路digit_set的選擇信號(hào)，選擇對(duì)應(yīng)位的數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)comcnt=000B時(shí)common的輸出為000001B，經(jīng)com_dec譯碼，最低位（1/100s位數(shù)據(jù)）再經(jīng)段譯碼將數(shù)據(jù)送至7段LED數(shù)碼管被選通。同時(shí)，經(jīng)選擇器選擇，數(shù)據(jù)secl_100(1/100s位數(shù)據(jù))再經(jīng)段譯碼將數(shù)據(jù)送至7段數(shù)碼管的7個(gè)段上，從而在secl_100位上顯示出一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)字。由于六進(jìn)制計(jì)數(shù)器循環(huán)計(jì)數(shù)，因此每個(gè)位的顯示時(shí)間約為0.166ms，刷新頻率為166Hz。這樣在6個(gè)7段LED數(shù)碼管上就可以看到一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)字時(shí)間顯示。

三、軟件使用方法（Max+PLUSII）1、程序編輯及編譯

①File->new->TextEditorFile(orGraphicEditorFile)

②輸入（文本或symbol->entersymbol）后，F(xiàn)ile->Save，filename.vhd③在電腦中新建文件夾（不要有中文，上級(jí)地址也不要有中文）。④File->project->setprojecttocurrentfile⑤MAX+plusII->compiler2、仿真

①File->new->waveformeditorfile

②設(shè)置波形編輯信號(hào)終止時(shí)間，F(xiàn)ile->endtime

③參與輸入輸出波形，Node->EnternodesfromSNF④編輯輸入信號(hào)波形，clk，1，0，C（countvalue），G（Groupvalue），或鼠標(biāo)拖選一段并右鍵選擇overwrite

⑤MAX+plusII->Simulator并選擇仿真終止時(shí)間（小于波形編輯信號(hào)終止時(shí)間）四、各模塊及總電路仿真結(jié)果1、鍵輸入子模塊（keyin）

2、時(shí)鐘產(chǎn)生子模塊（clkgen）

3、控制子模塊（ctrl）

4、定時(shí)計(jì)數(shù)子模塊（cntblk）

5、顯示子模塊（disp）

6、總電路stop_watch

五、電路設(shè)計(jì)圖

下面是電路設(shè)計(jì)圖：CPLD芯片和外圍電路連接，其中CPLD芯片為EPM1270T144C5N，外圍電路包括6位數(shù)碼管一個(gè)，開關(guān)幾個(gè)，如5.1所示的電路圖所示。

5.1系統(tǒng)總框圖

148

5.2EPM1270T144C5N構(gòu)造圖

888888

5.3六位數(shù)碼管示意圖

六、設(shè)置管腳（即管腳鎖定）方法

芯片的管腳鎖定就是將設(shè)計(jì)實(shí)體的管腳與目標(biāo)芯片特定的可輸入輸出管腳建立一一映射的過程。它包括兩個(gè)方面：一是需設(shè)定未用的管腳；二是根據(jù)需要進(jìn)行管腳的鎖定。管腳的鎖定方法有三種：一是使用引腳鎖定窗口進(jìn)行鎖定；二是使用計(jì)事本或其他文本編輯工具直接編輯.qsf文件進(jìn)行引腳鎖定；三是通過輸入TCL腳本語言文件進(jìn)行。下面介紹前兩種方法。

七、配置下載方法

為了使應(yīng)用系統(tǒng)能在脫離計(jì)算機(jī)的狀況下工作，就必需將配置數(shù)據(jù)存放在非易失的器件中，尋常我們將配置數(shù)據(jù)存放在專用的配置器件中，如EPCS1、EPCS4等。EPCS1和EPCS4等是Cyclone系列器件的專用配置器件，F(xiàn)lash存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，重復(fù)編程可達(dá)10萬次。

先選擇編程模式和編程目標(biāo)文件。在欄中，選擇編程模式。添加編程文件CNT9999.pof，并選中Program/Configure，再將下載電纜連至AS模式端口并加電。

接著單擊按鈕，當(dāng)顯示為100%時(shí)，編譯成功。此后每次試驗(yàn)裝置加電后，配置數(shù)據(jù)將自動(dòng)從EPCS1加載，之后FPGA開始工作，而不需要重新下載配置數(shù)據(jù)。

最終保存編程信息。編程完畢后，假使希望將此次設(shè)置的所有結(jié)果保存起來，以便能夠很快調(diào)出以進(jìn)行編程，可以選擇保存。所有的信息都存在ChainDescriptionFile(.cdf)文件CNT9999.cdf中。以后編程只需開啟此文件即可。八、心得體會(huì)

在這一學(xué)期的EDA學(xué)習(xí)與試驗(yàn)中我學(xué)到了不少知識(shí)。EDA技術(shù)作為一門發(fā)展迅速、有著廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)，涉及面廣，內(nèi)容豐富。

在上理論課期間，我在學(xué)習(xí)VHDL語言時(shí)花的時(shí)間最多，在轉(zhuǎn)本以前我有接觸到EDA這門課，對(duì)編