EDA課程設計課件

《數字電子技術基礎》EDA課程設計課件

授課教師：祝宏

華中科技大學文華學院《數字電子技術基礎》1

《課設》須知

一、時間共計2周，即18、19周；二、地點：實驗室B208、B210、B211、B212和圖書館；三、集體授課，即18周的星期一下午；四、在約定時間的上午8：30～11：30,下午2：30～5：30為輔導答疑、上機、下載時間和自學設計查詢資料等安排；五、負責答疑輔導及驗收的老師是祝宏（1班）、趙慧（2班）；六、一人一組，下載演示，經教師驗收及提問后，《課設》成績有效；七、《課設》報告于19周周五前必須交到教師，不要復制，否則酌情處罰，倡導自學與交流，…

；《課設》須知2

《課設》須知八、成績評定分3個部分：⑴基本功能下載演示；⑵功能擴展及應用描述語言VerilogHDL；⑶《課設》報告（*《課設》報告有規(guī)范要求）。

《課設》須知3講座一：

《課設》開題及設計與仿真方法輔導講座二：EDA開發(fā)板（裝置）和〝下載〞過程

《課程設計》輔導講座講座一：《課程設計》輔導講座4《數電課程設計》講座一：

《課設》開題及設計與仿真方法

輔導

《數電課程設計》講座一：

《課設》開題及設計與仿真方法5

第一部分《課設》概述

一、目的二、要求三、EDA技術簡述四、數字系統(tǒng)的實現五、小型數字系統(tǒng)設計方法六、撰寫《課設》報告格式及要求七、《課設》注意事項

第一部分《課設》概述6一、課程設計目的

1、課程設計是一實踐教學環(huán)節(jié)，是針對《數字電子技術》課程的要求，結合實踐對學生進行綜合設計性訓練，在自學和實踐訓練中培養(yǎng)學生理論聯系實踐和實踐動手能力，獨立地解決實際問題能力。一、目的：一、課程設計目的1、課程設計是一實踐教學環(huán)節(jié)，是針對《7一、課程設計目的

2、通過課程設計是使學生熟悉和了解可編程專用數字邏輯電路的設計、開發(fā)流程，熟悉和了解現代EDA設計工具，初步掌握原理圖形輸入法和VerilogHDL語言的編程方法，掌握數字電子系統(tǒng)層次化的設計方法。一、目的：一、課程設計目的2、通過課程設計是使學生熟悉和8一、課程設計目的

3、提高學生應用計算機技術進行數字電路和中小型數字系統(tǒng)的設計、仿真和輔助分析的能力；4、重在參與（親自實踐!），體會過程（有很多細節(jié)!），積累知識和實踐認識。注：中小型數字系統(tǒng)的定義：多個功能底層模塊鏈接構成的頂層模塊，即硬件系統(tǒng)。一、課程設計目的3、提高學生應用計算機9課程設計課題小型數字系統(tǒng)：〝多功能數字電子鐘〞的頂層邏輯電路（參考）課程設計課題小型數字系統(tǒng)：〝多功能數字電子鐘〞的頂層10二、課程設計要求1、綜合應用《數字電子技術基礎》課程中的理論知識去獨立地完成一個設計課題；二、要求2、鼓勵學生自學和查閱有關參考資料，培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力；二、課程設計要求1、綜合應用《數字電子技術基礎》課程中11二、課程設計要求3、熟悉和了解現代EDA設計、編程、編譯、仿真及下載技術的全過程；4、學會撰寫課程設計報告；5、熟悉培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹科學態(tài)度。二、課程設計要求3、熟悉和了解現代EDA設計、編程、編譯12三、EDA技術簡述

EDA是電子設計自動化（ElectronDesignAutomatio）目前電子技術的發(fā)展使電子系統(tǒng)越來越來復雜，傳統(tǒng)的手工和簡單工具已無法滿足設計需求，因而利用計算機和相應的設計軟件成為當前常用的設計方法。數字系統(tǒng)設計的發(fā)展日新月異，數字系統(tǒng)設計的理念和設計方法在過去的幾十年時間也發(fā)生了深刻的變化，三、EDA技術簡述三、EDA技術簡述EDA是電子設計自動化（Elec13三、EDA技術簡述

EDA是電子設計自動化（ElectronDesignAutomatio）數字系統(tǒng)設計過程被稱之為一個自頂向下的分級設計過程。設計過程的任何階段，都可以利用仿真工具對仍處于設計過程中的系統(tǒng)描述進行性能評估與正確性檢測。一個電子系統(tǒng)設計就是從頂層到底層，邊設計，邊仿真，并依據仿真結果，反復調整或優(yōu)化的過程。三、EDA技術簡述三、EDA技術簡述EDA是電子設計自動化（Elec14三、EDA技術簡述目前EDA電子技術的發(fā)展已成為現代設計技術的核心，沒有EDA技術支持，想要完成超大規(guī)模集成電路和專用功能集成電路的設計制造是不可想象。三、EDA技術簡述三、EDA技術簡述目前EDA電子技術的發(fā)展已成為現15三、EDA技術簡述（ISP器件的開發(fā)流程）三、EDA技術簡述（ISP器件的開發(fā)流程）16四、數字系統(tǒng)的實現

1、可編程邏輯器件（PLD－－ProgrammableLogicDevice）和EDA技術的出現改變了傳統(tǒng)的設計思想，使人們可以通過設計芯片來實現各種不同的功能。將原來由電路板設計完成的工作大部分放在芯片中進行，大大減輕了原理圖和印制板設計的工作量和難度，且增加了設計的自由度，提高效率。

四、數字系統(tǒng)的實現四、數字系統(tǒng)的實現1、可編程邏輯器件（PLD－－Pr17四、數字系統(tǒng)的實現2、目前EDA開發(fā)軟件和PLD器件也提供了強有力的支持。用戶只要對它編程就可以實現所需要的功能，而且可以反復修改、反復編程（至少一萬次），保持信息時間有20年，具有無可比擬的方便性和靈活性。四、數字系統(tǒng)的實現四、數字系統(tǒng)的實現2、目前EDA開發(fā)軟件和PLD器件也18四、數字系統(tǒng)的實現3、CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）/FPGA（FieldProgrammableGateArray）

還具有靜態(tài)可重復編程或在線動態(tài)重構特性，使硬件的功能可象軟件一樣通過編程來修改，不僅使設計修改和產品升級變得十分方便，而且極大地提高了電子系統(tǒng)的靈活性和通用能力。（復雜PLD和現場可編程門陣列）

四、數字系統(tǒng)的實現四、數字系統(tǒng)的實現3、CPLD（Complex19四、數字系統(tǒng)的實現4、專用集成電路（ASIC）是指專門為某一應用領域或專門用戶需要而設計、制造的集成電路。它可以將某些專業(yè)電路或電子系統(tǒng)設計在一個芯片上，構成單片集成系統(tǒng)，即片上系統(tǒng)SOC(SystemonChip)。ASIC作為集成電路（IC）技術與特定用戶的整機或系統(tǒng)技術緊密結合的產物，與通用集成電路相比，在構成電子系統(tǒng)時具有以下幾個方面的優(yōu)越性：四、數字系統(tǒng)的實現四、數字系統(tǒng)的實現4、專用集成電路（ASIC）是20四、數字系統(tǒng)的實現

⑴縮小體積、減輕重量、降低功耗；⑵提高可靠性，用ASIC芯片進行系統(tǒng)集成后外部連線減少，因而可靠性明顯提高；⑶易于獲得高性能，ASIC是針對專門應用而特別設計的；系統(tǒng)設計、電路設計、工藝設計之間緊密結合，這種一體化的設計有利于獲得前所未有的高性能系統(tǒng)；⑷增強保密性，電子產品中的ASIC芯片對用戶來說相當于一個"黑匣子"，難于仿造；

⑸在大批量應用時，可顯著降低系統(tǒng)成本。四、數字系統(tǒng)的實現四、數字系統(tǒng)的實現⑴縮小體積、減輕重量、降低功耗；四、21五、數字系統(tǒng)的設計方法1、分為原理圖輸入法和硬件描述語言設計兩種方式。原理圖輸入法具有直觀、形象等優(yōu)點。硬件描述語言(如VerilogHDL語言）設計是一種利用文本形式描述自己的設計，然后利用EDA工具進行綜合和仿真，最后轉變?yōu)槟撤N目標文件，再用CPLD和FPGA器件來具體實現。五、數字系統(tǒng)的設計方法五、數字系統(tǒng)的設計方法1、分為原理圖輸入法和硬件描述語言22五、數字系統(tǒng)的設計方法

2、普遍應用自頂向下的設計過程(Top-down)。首先從系統(tǒng)的頂層（頂層工程文件）開始，根據用戶的要求對系統(tǒng)作準確描述，即確定系統(tǒng)的輸入和輸出的關系。再將系統(tǒng)劃分和定義為能夠實現的、相對獨立的子系統(tǒng)（底層模塊）設計，然后利用EDA來具體實現。五、數字系統(tǒng)的設計方法五、數字系統(tǒng)的設計方法2、普遍應用自頂向下的設計過程(23五、數字系統(tǒng)的設計方法

3、VerilogHDL語言是用于數字電路設計硬件描述語言，并已成為IEEE標準?？梢院苋菀椎匕岩淹瓿傻脑O計移植到不同廠家不同型號的型片上。VerilogHDL語言能形式化、抽象地表示電路的結構和行為，支持邏輯設計中層次與領域的描述，可借用高級語言的特點來簡化電路的描述，并具有電路仿真與驗證機制以保證設計的正確。此外，它還具有工藝無關性…。五、數字系統(tǒng)的設計方法五、數字系統(tǒng)的設計方法3、VerilogHDL語言24六、撰寫數字系統(tǒng)的設計報告1、封面〝數字電路EDA課程設計報告〞、專業(yè)、班級、姓名、學號、合作者、指導教師及制作日期；2、標題及任務書；3、關鍵詞（不少于5個）；4、內容摘要；5、總體方案或工作原理示意框圖（或流程圖）；6、頂層邏輯電路圖組成、信號定義及原理簡單敘述；7、低層功能模塊設計，邏輯抽象（定義input和output），簡述邏輯電路工作原理，并要求附有*.gdf和*.v文件及文件中語句注釋；六、撰寫設計報告格式及要求(供參考)六、撰寫數字系統(tǒng)的設計報告1、封面〝數字電路EDA課程25六、撰寫數字系統(tǒng)的設計報告8、對應各模塊功能仿真波形（數據分析）分析及結論；9、選用芯片型號、定義芯片管腳號（列表格示意）及簡述下載過程；10、《課程設計》設計中遇到問題及解決方法；11、《課程設計》設計項目完成最終結論；12、《課程設計》項目的特點和實用性；13、心得體會或結束語；14、參閱教材及文獻；15、其他。上述共計15項欄目六、撰寫設計報告格式及要求(供參考)六、撰寫數字系統(tǒng)的設計報告8、對應各模塊功能仿真波26七、數字電路課程設計須知1、《課設》一人一組；2、學生必須獨立完成編程、仿真及下載全過程，并演示經各班教師驗收后，學生《課設》成績有效；3、《課設》設計報告一人一份，《課設》報告按照要求格式書寫（至少含有12項），定于19周周五前前交，不要復制，否則酌情處理，倡導自學與交流，要講誠信…

；4、成績評定分5部分：⑴多功能數字電子鐘基本功能實現為60分；⑵《課設》報告分為20分；⑶擴展電子鐘功能加分；⑷用Verilog語言描述編程文件加分；⑸有創(chuàng)新項目加分；總分為100分，即2個學分。七、課程設計注意事項七、數字電路課程設計須知1、《課設》一人一組；七、課27第二部分課程設計舉例第二部分課程設計舉例28課程設計舉例方法一：用原理圖輸入方法二：用Verilog

HDL描述語言課程設計舉例29

標題：設計汽車尾燈指示控制電路(vlkc2.gdf)

任務書：設計要求是假設汽車尾部左、右兩側各有三個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）控制功能包括：①正常行駛時指示燈全滅；②汽車臨時剎車時，左、右兩側三個指示燈全亮；③右轉彎時，右側三個指示燈按循環(huán)順序點亮；

設計項目舉例（方法一：用原理圖輸入）標題：設計汽車尾燈指示控制電路(vlkc2.gdf)設計30

標題：設計汽車尾燈控制電路(vlkc2.gdf)

④左轉彎時，左側三個指示燈按循環(huán)順序點亮；⑤汽車倒車時，所有指示燈按CLK信號同步閃爍；請在在Max＋plusⅡ軟件系統(tǒng)平臺上建立汽車尾燈控制電路的頂層電路文件并完成編譯和仿真。設計項目舉例（方法一：用原理圖輸入）標題：設計汽車尾燈控制電路(vlkc2.gdf)設計項31

方法一：用原理圖輸入其設計步驟

1、邏輯抽象；2、按題意列功能表；3、設計系統(tǒng)原理框圖、頂層圖形文件和子模塊；4、建立文件夾，輸入設計工程項目名和建頂層圖形文件（空殼）；5、設計底層各模塊*.gdf文件，仿真底層各模塊*.gdf文件（略），分析正確并打包；6、打開頂層圖形文件，調用創(chuàng)建包符號，設計數字系統(tǒng)原理圖；7、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分析正確后并定義芯片管腳號、下載；8、給出結論。vlkc2.gdf方法一：用原理圖輸入其設計步驟321、邏輯抽象：輸入變量有時鐘CLK（CP），模式輸入I4、I3、I2、I1、I0；輸出變量：汽車尾部左、右兩側共有6個輸出變量，即L3、L2、L1及R3、R2、R1。畫示意框圖。2、汽車尾燈控制電路功能表如下表所示。設計項目舉例（方法一：用原理圖輸入）1、邏輯抽象：輸入變量有時鐘CLK（CP），模式輸33功能表如下表所示：功能表如下表所示：34將功能欄目設為地址輸入（A2,A1,A0），其功能表如下表所示：將功能欄目設為地址輸入（A2,A1,A0），其功能表35注：三位二進制環(huán)形計數器Q2,Q1,Q0注：三位二進制環(huán)形計數器Q2,Q1,Q036將功能欄目設為地址輸入，其功能表如下表所示：將功能欄目設為地址輸入，其功能表如下表所示：37將功能欄目設為最小項地址輸入，其功能表如下表所示，試用最小項形式表示其邏輯函數。將功能欄目設為最小項地址輸入，其功能表如38將功能欄目設為最小項地址輸入，其功能表如下表所示，試用最小項形式表示其邏輯函數。將功能欄目設為最小項地址輸入，其功能表如下39邏輯函數產生器：汽車尾燈控制電路數據選擇器74LS151的應用解：先寫出最小項表達式如R1。

邏輯函數產生器：汽車尾燈控制電路數據選擇器7440

3、設計汽車尾燈控制電路框圖、及頂層原理圖如圖1所示。圖1尾燈控制電路頂級框圖和頂層原理圖3、設計汽車尾燈控制電路框圖、及頂層原理圖如圖41

4、頂層*.gdf原理圖形文件如圖2所示。

圖2尾燈控制電路的頂層圖形文件4、頂層*.gdf原理圖形文件如圖2所示。42

5、建立設計工程項目名和頂層圖形文件（空殼vlkc2.gdf）6、設計底層各模塊*.gdf文件，仿真底層各模塊*.gdf文件（略），分析并打包；5、建立設計工程項目名和頂層圖形文件（空殼vlk43

⑴ic1模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

ⅰ、編碼器的功能：列功能表；ⅱ、編碼器的組成：由74148和非門構成。

⑴ic1模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號ⅰ、編44

⑴ic1模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

邏輯電路原理簡述：①由8/3線優(yōu)先編碼器74LS148和非門電路組成的5/3編碼器電路。輸入變量為IN[4..0],輸出變量為A2,A1,A0；②當輸入變量為IN[4..0]=01111時,即得A2A1A0=100,推理得IN[4..0]=10111時,即得A2A1A0=011,…。完成5/3編碼器電路功能。（參閱教材P140頁集成電路CD4532）⑴ic1模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號45

⑴ic1模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建符號

⑴ic1模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建46

⑴ic1模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建符號

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知輸入變量IN[4..0]與輸出變量A[2..0]之間關系，分析過程完全符合5/3線優(yōu)先編碼器功能。邏輯電路設計正確。⑴ic1模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建47⑵ic2模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

ⅰ、環(huán)形計數器的功能：畫狀態(tài)圖；ⅱ、編碼器的組成：由D觸發(fā)器和門構成，見教材7P25頁。⑵ic2模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號ⅰ、環(huán)形48⑵ic2模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建符號

⑵ic2模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建符49⑵ic2模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建符號

邏輯電路原理簡述：參閱教材P258頁例6.2.3。分析得①由D觸發(fā)器和門電路組成的環(huán)形計數器。輸入變量為CLK,輸出變量為Q2,Q1,Q0；②驅動方程為D2=Q1,D1=Q0,D0=~Q1&~Q0。狀態(tài)方程為Q2<=Q1,Q1<=Q0,Q0<=~Q1&~Q0;③狀態(tài)狀換圖為上述所示。⑵ic2模塊邏輯電路圖、仿真波形及創(chuàng)建符50⑵ic2模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

⑵ic2模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號51⑵ic2模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知輸入變量CLK上邊沿作用下，輸出變量Q[2..0]狀態(tài)轉換過程或稱時序關系，分析過程完全符合環(huán)形計數器狀態(tài)轉換圖功能。電路設計正確。⑵ic2模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號仿真波形52⑶ic3模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

ⅰ、函數發(fā)生器的功能：列功能表；ⅱ、寫邏輯表達式；由最小項…；ⅲ、函數發(fā)生器的組成：由74151數據選擇器發(fā)器構成，見教材P157頁。⑶ic3模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號ⅰ、函數53⑶ic3模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

⑶ic3模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號54⑶ic3模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號

⑶ic3模塊邏輯電路圖及創(chuàng)建符號55

6、打開頂層圖形文件，調用已創(chuàng)建包符號，設計數字系統(tǒng)原理電路圖；6、打開頂層圖形文件，調用已創(chuàng)建包符號，設計數字系統(tǒng)原56

7、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分析正確后并定義芯片管腳號、下載。

7、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分析57

7、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分析正確后并定義芯片管腳號、下載。

7、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分析58

8、結論：分析汽車尾燈控制電路的仿真波形圖，由圖可知仿真波形圖具有5項功能，即滅燈、急剎車、左拐彎、右拐彎及倒車等。仿真波形圖完全符合設計功能要求，設計達到課題要求。

8、結論：分析汽車尾燈控制電路的仿真波形圖，由圖可59提問：若再增加二項功能，將作如何設計？提問：若再增加二項功能，將作如何設計？60課程設計舉例方法一：用原理圖輸入方法二：用Verilog

HDL描述語言課程設計舉例61汽車尾燈控制電路框圖由三部分組成，即5∕3線優(yōu)先編碼器、環(huán)形計數器和組合邏輯電路組成。環(huán)形計數器的狀態(tài)圖如圖3所示。組合邏輯電路根據控制模式A2A1、A0，并結合功能真值表，用VerilogHDL硬件描述語言完成編譯和仿真。(vkc2b.gdf)

設計項目舉例（方法二：用HDL描述語言）汽車尾燈控制電路框圖由三部分組成，即5∕3線優(yōu)先編62

方法二：用VerlogHDL描述語言其設計步驟

1、建立文件夾，輸入設計工程項目名和建頂層圖形文件（空殼），保存文件(vkc2b.gdf)退出；2、設計底層各模塊*.v文件，仿真底層各模塊*.v文件（略），仿真波形正確并打〝包〞；3、打開頂層圖形文件(vkc2b.gdf)

，調用已創(chuàng)建〝包〞符號，設計數字系統(tǒng)原理圖；

4、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分析正確后并選用PLD芯片定義芯片管腳號、下載；5、給出結論。方法二：用VerlogHDL描述語言其設計63/*5/3線編碼器 ic1*/module ic1(I,A);output[2:0]A;input[4:0]I;reg[2:0]A;always @(I)beginif(I[4]==0)A=3'b100;elseif(I[3]==0)A=3'b011;elseif(I[2]==0)A=3'b010;elseif(I[1]==0)A=3'b001;elseif(I[0]==0)A=3'b000;elseA=3'bx;endendmodule/*5/3線編碼器 ic1*/641、建立設計工程項目名和頂層圖形文件（空殼）；

2、設計底層各模塊*.v文件，仿真底層各模塊*.v文件（略），仿真波形正確并打包；/*環(huán)形計數器 ic2*/module ic2(Q,CLK);output[2:0]Q;inputCLK;reg [2:0]Q;always @(posedgeCLK)beginQ[2]<=Q[1];Q[1]<=Q[0];Q[0]<=~Q[1]&&~Q[0];endendmodule1、建立設計工程項目名和頂層圖形文件（空殼）；/*環(huán)形計數65/*組合邏輯電路，即數字函數發(fā)生器ic3*/module ic3(R3,R2,R1,L3,L2,L1,CLK,D,M);outputR3,R2,R1,L3,L2,L1;inputCLK;input[2:0]D,M;regR3,R2,R1;regL3,L2,L1;

/*組合邏輯電路，即數字函數發(fā)生器ic3*/66

always @(MorDorCLK)begincase(M)0:beginR2=0;R1=0;R0=0;L2=0;L1=0;L0=0;end1:beginR2=1;R1=1;R0=1;L2=1;L1=1;L0=1;end2:beginR2=D[2];R1=D[1];R0=D[0];L2=0;L1=0;L0=0;end3:beginR2=0;R1=0;R0=0;L2=D[0];L1=D[1];L0=D[2];end4:beginR2=~CLK;R1=~CLK;R0=~CLK;L2=~CLK;L1=~CLK;L0=~CLK;endendcaseendEndmodulealways @(MorDorCLK)67

4、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分析正確后并選用PID及定義芯片管腳號、下載；

；

3、打開頂層圖形文件，調用已創(chuàng)建〝包〞符號，設計數字系統(tǒng)原理電路圖；4、仿真頂層*.gdf文件，并分析仿真波形，分68

5、結論：分析汽車尾燈控制電路的仿真波形圖，由圖可知仿真波形圖具有5項功能，即滅燈、急剎車、左拐彎、右拐彎及倒車等。仿真波形圖完全符合設計功能要求，設計達到課題要求。5、結論：分析汽車尾燈控制電路的仿真波形圖，69第三部分

課程設計項目簡述

第三部分

課程設計項目簡述

70課程設計課題Ⅰ設計要求：⑴小時計數器為8421BCD碼24進制；分和秒計數器為8421BCD碼60進制計數器；⑵基本功能為：①正常走時；②能校〝時〞和校〝分〞；③整點報時；④時段控制。⑶擴展功能例如①定點鬧時；②星期計數顯示；③…。系統(tǒng)示意框圖如下圖所示。1、多功能數字電子鐘（必做）課程設計課題Ⅰ設計要求：⑴小時計數器為8421BCD71課程設計課題信號定義：系統(tǒng)示意框圖圖中輸入變量為秒時鐘CPS，校時、校分變量為SWH、SWM；輸出變量為小時H、分M及秒S，以及報時FU和時段控制變量Z。1、多功能數字電子鐘（必做）課程設計課題信號定義：系統(tǒng)示意框圖圖中輸入變量為秒時72課程設計課題請用原理圖輸入法（即圖形輸入法）及硬件描述語言設計（VerilogHDL語言）兩種方法在QuartusⅡ軟件系統(tǒng)平臺上建立多功能數字電子鐘電路的頂層文件并完成編譯、仿真及下載。1、多功能數字電子鐘（必做）課程設計課題請用原理圖輸入法（即圖形輸入法）及硬件描73課程設計課題Ⅱ、輸入變量：時鐘CPS，校分變量為SWH、SWM

；輸出變量：小時計時H[7..4]、H[3..0]為8421BCD碼輸出，其時鐘為CPH；分計時M[7..4]、M[3..0]為8421BCD碼輸出，其時鐘為CPM;秒計時S[7..4]、S[3..0]為8421BCD碼輸出，其時鐘為CPS；報時FU和時段控制變量Z等。Ⅲ、建議：在頂層文件中，由若干低層模塊（“打包”）組成整個多功能數字鐘，事先分別對各模塊作設計、仿真及打包（創(chuàng)建的新的邏輯電路包），最后級連各模塊，統(tǒng)調、仿真、選擇芯片及下載，從而實現各項功能。

1、多功能數字電子鐘課程設計課題Ⅱ、輸入變量：時鐘CPS，校分變74撰寫數字系統(tǒng)的設計報告1、封面〝數字電路EDA課程設計報告〞、專業(yè)、班級、姓名、學號、合作者、指導教師及制作日期；2、標題及任務書；3、關鍵詞（不少于5個）；4、內容摘要；5、總體方案示意圖或工作原理框圖（或流程圖）；6、頂層邏輯電路圖組成、信號定義及簡單敘述；7、低層功能模塊設計，邏輯抽象（定義input和output），簡述邏輯電路工作原理，并要求附有*.gdf和*.v文件及文件中語句注釋；撰寫設計報告格式及要求(供參考)撰寫數字系統(tǒng)的設計報告1、封面〝數字電路EDA課程設計75撰寫數字系統(tǒng)的設計報告8、對應各模塊功能仿真波形（數據分析）分析及結論；9、選用芯片型號、定義芯片管腳號（列表格示意）及簡述下載過程；10、《課程設計》設計中遇到問題及解決方法；11、《課程設計》設計項目完成最終結論；12、《課程設計》項目的特點和實用性；13、心得體會或結束語；14、參閱教材及文獻；15、其他。上述共計15項欄目撰寫設計報告格式及要求(供參考)撰寫數字系統(tǒng)的設計報告8、對應各模塊功能仿真波形（76課程設計課題Ⅳ、有關規(guī)定：⑴《課設》一人一組；⑵設計仿真及下載、演示必須經教師在實驗室驗收后，學生《課設》成績有效；⑶《課設》設計報告一人一份，定于19周前交。

Ⅴ、成績評定分3部分：⑴多功能數字電子鐘基本功能實現，經演示驗收后為60分；⑵報告分為20分，按報告格式要求書寫（內含有兩種設計方法，即分別用原理圖方法和用Verilog語言描述模塊）；⑶自己擴展電子鐘的其他功能加分；⑷用Verilog語言描述模塊加分；總分為100分。1、多功能數字電子鐘課程設計課題1、多功能數字電子鐘77課程設計課題設計要求：⑴控制功能包括①洗衣機的為待機5秒→正轉60秒→待機5秒→反轉60秒，并用3個LED燈和7段顯示器分別表示其工作狀態(tài)和顯示相應工作狀態(tài)下的運行循環(huán)次數；②可自行設定洗衣機的循環(huán)次數，這里設最大的循環(huán)次數為設置15,即（1111）B次；③具有緊急情況的處理功能。當發(fā)生緊急情況時，立即轉入到待機狀態(tài)，緊急情況解除后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟；④洗衣機設定循環(huán)次數遞減到零時，立即報警，以表示洗衣機設定洗衣機的循環(huán)次數已經結束。2、半自動洗衣機控制電路（選做）課程設計課題設計要求：⑴控制功能包括①洗衣機的為待78課程設計課題⑵擴展功能由自己擬定、發(fā)揮與創(chuàng)新；請用原理圖輸入法（圖形輸入法）和硬件描述語言設計（VerilogHDL語言）兩種方法在Max-plusⅡ軟件系統(tǒng)平臺上建立數字洗衣機控制電路的頂層文件并完成編譯和仿真。輸入變量：時鐘CLK，直接清零CLR，暫停/連續(xù)EN，置數（預置數）LD，設定洗衣機的循環(huán)次數（如0011次）；輸出變量：三個工作狀態(tài)S、R、L，一個工作過程周期t(秒)，8421BCD碼HR[3:0]和LR[3:0]輸出。報警信號ALARM。2、半自動洗衣機控制電路（選做）課程設計課題⑵擴展功能由自己擬定、發(fā)揮與創(chuàng)新79第四部分

〝多功能數字電子鐘〞的設計與仿真簡述

第四部分

〝多功能數字電子鐘〞的設計與仿真簡述

80課程設計課題1、〝秒〞〝分〞〝小時〞計時單元功能電路模塊⑴〝秒〞〝分〞計時功能電路模塊課程設計課題1、〝秒〞〝分〞〝小時〞計時81課程設計課題邏輯電路原理簡述：①由二片74161和門電路組成；Q[3..0]作個位計數，Q[7..4]作十位計數；②個位計數為（9）時，在時鐘作用下個位計數器置零、十位作加1計數；③當邏輯電路輸出Q為（59）時，在時鐘作用下計數器同步置零；④進位信號是低電平有效，而且與～CPS。課程設計課題邏輯電路原理簡述：①由二片74161和門電82課程設計課題1、〝秒〞〝分〞〝小時〞計時單元功能電路模塊⑴〝秒〞〝分〞計時功能電路Verilog語言描述modulevm60(MH,ML,CP60M,CPM);output[3:0]MH;output[3:0]ML;outputCP60M;inputCPM; reg[3:0]MH;reg[3:0]ML;always@(posedgeCPM)beginif((MH[3:0]==4'b0101)&(ML[3:0]==4'b1001))beginMH[3:0]<=4'b0000;ML[3:0]<=4'b0000;endelseif(ML[3:0]==4'b1001)beginML[3:0]<=4'b0000;MH[3:0]<=MH[3:0]+1'b1;endelsebeginMH[3:0]<=MH[3:0];ML[3:0]<=ML[3:0]+1'b1;endendassignCP60M=~(~MH[3]&MH[2]&~MH[1]&MH[0]&ML[3]&~ML[2]&~ML[1]&ML[0]&~CPM);endmodule課程設計課題1、〝秒〞〝分〞〝小時〞計時83課程設計課題〝秒〞計時功能電路其仿真波形分析仿真波形可知：①S[3..0]作個位計數，S[7..4]作十位計數；②邏輯電路輸出為（59）時，在時鐘作用下計數器同步置零；③個位計數為（9）時，在時鐘作用下個位計數器置零、十位作加1計數；④…。結論是符合秒計時規(guī)律，邏輯電路設計正確。⑵〝小時〞計時功能電路（略）課程設計課題〝秒〞計時功能電路其仿真波形84課程設計課題2、〝小時〞、〝分〞及〝秒〞計時功能電路級連數字電子鐘最基本的計時電路在CPS（秒）時鐘作用下，其電路輸出變量為H[7..0]，M[7..0]及S[7..0]，按8421BCD碼正常走時，電路為異步時序邏輯電路。課程設計課題2、〝小時〞、〝分〞及〝秒〞計時85課程設計課題2、〝小時〞、〝分〞及〝秒〞計時功能電路級連由電路分析得知時序電路為異步結構，在CPS（秒）時鐘用下，〝秒〞模塊計時為59時發(fā)出一進位信號CP60S（低電平），即CPM;〝分〞模塊計時為59時發(fā)出一進位信號CP60M（低電平），即CPH;〝小時〞模塊計時為24進制。電子鐘計時電路的輸出變量為H[7..0]，M[7..0]及S[7..0]，按8421BCD碼正常計數走時。課程設計課題2、〝小時〞、〝分〞及〝秒〞計時86

仿真波形如下：

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在CPS（秒）時鐘作用下，電路正常走時。分析過程完全符合多功能數字電子鐘最基本的計時功能，邏輯電路設計正確。課程設計課題仿真波形如下：仿真波形分析及結論：課程設計課題87

仿真波形如下：

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在CPS（秒）時鐘作用下，電路正常走時。分析過程完全符合多功能數字電子鐘最基本的計時功能，邏輯電路設計正確。課程設計課題仿真波形如下：仿真波形分析及結論：課程設計課題882、〝小時〞、〝分〞及〝秒〞計時功能電路級連特別提示由電路分析得知時序電路為異步結構，在CPS（秒）時鐘用下，〝秒〞模塊計時為59時發(fā)出一進位信號CP60S（低電平），即CPM;〝分〞模塊計時為59時發(fā)出一進位信號CP60M（低電平），即CPH;〝小時〞模塊計時為24進制。電子鐘計時電路的輸出變量為H[7..0]，M[7..0]及S[7..0]，按8421BCD碼正常計數走時。2、〝小時〞、〝分〞及〝秒〞計時功能電路級連89

仿真波形如下：注意CP60S、CP60M進位信號

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在CPS（秒）時鐘作用下，電路正常走時。分析仿真波形過程看出異步時鐘邏輯電路，在設計上做到其效果視為同步邏輯電路，即輸出變量Q,均在CPS的上升沿作用下！仿真波形如下：注意CP60S、CP60M進位信號90

仿真波形如下：注意CP60S、CP60M進位信號仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在CPS（秒）時鐘作用下，電路正常走時。分析仿真波形過程看出異步時鐘邏輯電路，在設計上做到其效果視為同步邏輯電路，即輸出變量Q,均在CPS的上升沿作用下！仿真波形如下：注意CP60S、CP60M進位信號91課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞ⅰ、校正〝分〞的原理：2選一邏輯電路，即SWM

＝0時，CPM=CPS(校分);SWM＝1時，CPM=CP60S(正常走時)；ⅱ、邏輯電路的組成：由門構成。課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞ⅰ、校正92課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞ⅰ、校正〝小時〞的原理：2選一邏輯電路，即SWH＝0時，CPH=CPS(校時);SWH＝1時，CPH=CP60M(正常走時)；ⅱ、邏輯電路的組成：由門構成。課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞ⅰ、校正93課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞邏輯電路原理簡述：①由與非門和非門電路組成的2選一數據選擇器；輸入變量為CPS、CP60M、CP60S、及SWH、SWM,輸出變量為CPH、CPM；②SWHSWM=01時電路功能為〝校時〞，SWHSWM=10時電路功能為〝校分〞，SWHSWM=11時電路功能為正常走時。課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞94

仿真波形如下：

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在SWHSWM=01時，電路完成〝校時〞功能；SWHSWM=10時電路完成〝校分〞功能；在SWHSWM=11時，電路正常走時。分析過程完全符合多功能數字電子鐘校時功能，邏輯電路設計正確。課程設計課題仿真波形如下：仿真波形分析及結論：課程設計課題95

仿真波形如下：

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在SWHSWM=01

時，電路完成〝校時〞功能；SWHSWM=10時電路完成〝校分〞功能；在SWHSWM=11時，電路正常走時。分析過程完全符合多功能數字電子鐘校時功能，邏輯電路設計正確。課程設計課題仿真波形如下：仿真波形分析及結論：課程設計課題96課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞提出問題：在邏輯電路設計上如何處理和解決，即SWH=0，SWM=0時邏輯電路功能是同時為〝校時〞又〝校分〞，應避免（SWH，SWM）=00電路功能，即無效（禁止）。使之與（SWH，SWM）=11時電路功能為正常走時。課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞973、校正〝小時〞、〝分〞（改進型）3、校正〝小時〞、〝分〞邏輯電路原理簡述：①由2/4譯碼器、與非門和非門電路組成的校時、校分邏輯電路；輸入變量為CPS、CP60M、CP60S、及SWH、SWM,輸出變量為CPH、CPM；②WHWM=01時電路功能為〝校時〞，WHWM=10時為〝校分〞，SWHSWM=11(00)時電路功能為正常走時。3、校正〝小時〞、〝分〞（改進型）3、校正〝98

仿真波形如下：

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在SWHSWM=01時，電路完成〝校時〞功能，即（CPH=CPS）；SWHSWM=10時電路完成〝校分〞功能（CPM=CPS）；在SWHSWM=11(00)時，電路正常走時。分析過程完全符合多功能數字電子鐘校時功能，邏輯電路設計正確。課程設計課題仿真波形如下：仿真波形分析及結論：課程設計課題99〝多功能數字電子鐘〞的頂層邏輯電路（參考）〝多功能數字電子鐘〞的頂層邏輯電路（參考）100課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞modulevjaoshi(CPH,CPM,CP60M,CP60S,CPS,SWH,SWM);inputCP60M,CP60S,CPS,SWH,SWM;outputCPH,CPM; regCPH,CPM;always@(SWHorSWMorCP60SorCP60MorCPS)begincase({SWH,SWM})2'b11:beginCPH<=CP60M;CPM<=CP60S;end2'b01:beginCPH<=CPS;CPM<=CP60S;end2'b10:beginCPM<=CPS;CPH<=CP60M;end2'b00:beginCPH<=CP60M;CPM<=CP60S;endendcaseendendmodule課程設計課題3、校正〝小時〞、〝分〞modu101課程設計課題4、整點報時（S3＝0時500HZ、S3＝1時1KHZ）邏輯電路原理簡述：①由門電路和2選1選擇器組成的組合電路；輸入變量為M[7..0]、S[7..0]以及矩形波1Khz、500hz,輸出變量為FU；②當M[7..0]=01011001、S[7..0]=01010001，…時，即（51）、（53）、（55）、（57）、秒時電路功能為〝報4聲低音〞，FU=500hz，注意這時S3=0；③當（59）秒時，即S3＝1時…。課程設計課題4、整點報時（S3＝0時500H102課程設計課題4、整點報時（S3＝0時500HZ、S3＝1時1KHZ）ⅰ、整點報時的原理：譯碼，即譯出59分51秒、53秒…59秒；ⅱ、邏輯電路的組成：由門和T觸發(fā)器構成。課程設計課題4、整點報時（S3＝0時500H103課程設計課題4、整點報時（S3＝0時500HZ、S3＝1時1KHZ）邏輯電路原理簡述：①由與非門和非門電路組成的組合電路；輸入變量為M[7..0]、S[7..0]以及矩形波1Khz、500hz,輸出變量為FU；②當M[7..0]=01011001、S[7..0]=01010001，…時，即（51）、（53）、（55）、（57）、秒時電路功能為〝報4聲低音〞，FU=500hz，注意這時S3=0；③當（59）秒時，即S3＝1時…。課程設計課題4、整點報時（S3＝0時500H104課程設計課題4、整點報時課程設計課題4、整點報時105

仿真波形如下：

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在時段控制上，即在59分51秒、53秒、55秒、57秒電子鐘揚聲器發(fā)出500HZ低音，59秒發(fā)出1KHZ高音。分析過程完全符合多功能數字電子鐘整點報時功能，邏輯電路設計正確。課程設計課題仿真波形如下：仿真波形分析及結論：課程設計課題106課程設計課題4、整點報時(方法二，提出問題自行研討！)ⅰ、整點報時的原理：譯碼，即譯出59分49秒、51秒…59秒；（S[7..0]>01001000,即G48＝＝1）ⅱ、邏輯電路的組成：由門、7485和T觸發(fā)器構成。課程設計課題4、整點報時(方法二，提出問題自行研討！)ⅰ、整107

仿真波形如下：

仿真波形分析及結論：由仿真波形分析得知在時段控制上，即在59分49秒、51秒、53秒、55秒、57秒電子鐘揚聲器發(fā)出500HZ低音，59秒發(fā)出1KHZ高音。分析過程完全符合多功能數字電子鐘整點報時功能。課程設計課題仿真波形如下：仿真波形分析及結論：課程設計課題108〝多功能數字電子鐘〞的頂層邏輯電路（參考）〝多功能數字電子鐘〞的頂層邏輯電路（參考）1094、整點報時modulevbaoshi(M,S,CP1k,FU);input[7:0]M,S;inputCP1k;outputFU; regFU;regCP500;wirePM;