農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)《EDA技術與應用》基于VHDL電子日歷的設計

第第頁電子日歷摘要本設計為實現(xiàn)一個多功能的電子日歷，具有年、月、日、星期計時并顯示的功能；并且具有校對功能，能夠?qū)Τ跏嫉臅r間進行人為的設定。EDAVHDLQuartusII基礎模塊進行創(chuàng)建，通過各個基礎模塊的組合和連接來構(gòu)建上層原理圖，完成基于VHDL電子日歷地設計。EP1K30TC144-3，由時鐘模塊、控制模塊、計時模塊、數(shù)據(jù)譯碼模鍵輸入進行電子日歷的校時功能。關鍵詞：EDA、電子日歷、VHDL、QuartusII目錄第一章緒論 1EDA技術 1QuartusII的使用 1模塊化設計 1分析、解決問題 1第二章總體設計 2設計內(nèi)容 2設計說明 2設計報告要求 3第三章設計原理 4設計思想 4設計原理圖 4工作過程 5第四章設計結(jié)果 6VHDL程序與仿真 6秒與分模塊 6小時模塊 7星期模塊 8日模塊 9月模塊 10年低兩位模塊 12校時模塊 14顯示模式模塊 17頂層設計與仿真 17實驗小結(jié) 18第五章參考文獻 19第一章緒論EDAEDA（ElectronicDesignAutomation），即電子設計自動化，是指利用計算機完成電子系統(tǒng)的設計。它的主要特征及核心是“自頂向下”的設計方法，這種設計方法首先從系統(tǒng)設計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，在系統(tǒng)一級進行驗證。然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路的網(wǎng)表。由于設計的主要仿真和調(diào)試過程是在高層次上完成的，這不僅有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，而且也減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設計的一次成功率。QuartusII的使用QuartusIIVHDLVHDL模塊化設計VHDL序，進一步了解和掌握各個程序語言，知道編程中的注意事項，提高編程的熟練程度。分析、解決問題通過本實驗設計，理論聯(lián)系實際，鞏固所學理論知識，并且提高自己通過所學理論VHDLEDA對電氣工程專業(yè)有了更多興趣。第二章總體設計設計內(nèi)容設計具有如下功能的電子日歷：能進行正常的年、月、日、星期計時和顯示功能。能利用實驗系統(tǒng)上的按鍵實現(xiàn)年、月、日和星期的校對功能。用層次化設計方法設計該電路，編寫各個功能模塊的程序。仿真報時功能，通過觀察有關波形確認電路設計是否正確。完成電路設計后，用實驗系統(tǒng)下載驗證設計的正確性。設計說明年、月、日和星期的顯示格式如圖2所示。年（高位）年（低位）月日星期圖2-1電子日歷顯示格式設計報告要求1）分析系統(tǒng)的工作原理。2）畫出頂層原理圖，寫出頂層文件源程序。3）寫出各功能模塊的源程序。仿真各功能模塊，畫出仿真波形。書寫實驗報告應結(jié)構(gòu)合理，層次分明。日十位計數(shù)譯碼驅(qū)動日個位計數(shù)譯碼驅(qū)動日十位計數(shù)譯碼驅(qū)動日個位計數(shù)譯碼驅(qū)動第三章設計原理設計思想級別（如日）的進位輸出要給較高級別（如月）方式進行連接。從而完成了基礎的計時和顯示的功能。1221。設計原理圖年個位計數(shù)年十位計數(shù)譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動年個位計數(shù)年十位計數(shù)譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動月個位計數(shù)月十位計數(shù)譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動分頻器電路分頻器電路校月控制電路校年控制電路晶體振蕩器電路分頻器電路圖3-1電子日歷實驗原理圖晶體振蕩器電路分頻器電路原理圖說明：K1K2（時鐘功能）一，從而實現(xiàn)校時的功能。模式0：正常計時顯示 K1不按模式1：調(diào)整星期增加 K1按下一次模式2：調(diào)整日增加 K1按下兩次模式3：調(diào)整月增加 K1按下三次模式4：調(diào)整年增加 K1按下四次CLK是外部1Hz輸入時鐘，作為秒的時鐘輸入，驅(qū)動整個電子日歷工作運行。工作過?{1HzCLKK111121與正常計時模式。第四章設計結(jié)果VHDL秒與分模塊秒與分模塊為六十進制的計數(shù)器源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCNT60ISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;Q1,Q2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);COUT:OUTSTD_LOGIC);ENDCNT60;ARCHITECTUREONEOFCNT60ISSIGNALQ11,Q22:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'Q11<=Q11+1;IFQ11=9THENQ11<=(OTHERS=>'0');Q22<=Q22+1;ENDIF;IFQ22=5ANDQ11=9THENQ22<="0000";Q11<="0000";COUT<='1';ELSECOUT<='0';ENDIF;ENDENDPROCESS;Q1<=Q11;Q2<=Q22;END;仿真結(jié)果：圖4-1 60進制計數(shù)器仿真圖Q1Q260Q2制計數(shù)器的功能，設計正確。小時模塊24源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCNT24ISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;Q1,Q2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);COUT:OUTSTD_LOGIC);ENDCNT24;ARCHITECTUREONEOFCNT24ISSIGNALQ11,Q22:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENQ11<=Q11+1;IFQ11=9THENQ11<=(OTHERS=>'0');Q22<=Q22+1;ENDIF;IFQ22=2ANDQ11=3THENQ22<="0000";Q11<="0000";COUT<='1';ELSECOUT<='0';ENDIF;ENDENDPROCESS;Q1<=Q11;Q2<=Q22;END;仿真結(jié)果：圖4-2 24進制計數(shù)器仿真圖Q1Q224Q2十四進制計數(shù)器的功能，設計正確。星期模塊星期模塊為“7進制”的計數(shù)器源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYWEEKISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;W:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);COUT:OUTSTD_LOGIC);ENDWEEK;ARCHITECTUREONEOFWEEKISSIGNALQ11:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENQ11<=Q11+1;IFQ11=7THENQ11<="0001";ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;W<=Q11;END;仿真結(jié)果：圖4-37進制計數(shù)器仿真圖如上圖所示當W計滿7時，歸1,完成了“七進制”計數(shù)器的功能，設計正確。日模塊日模塊原本有四種情況，大月為31進制計數(shù)器，小月為30進制計數(shù)器，平年二月為28進制計數(shù)器，閏年二月為29進制計數(shù)器。本文簡化處理，統(tǒng)一記為30天。30源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYDAYISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;CQ1:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CQ2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);COUT:OUTSTD_LOGIC);END;ARCHITECTUREONEOFDAYISSIGNALCQ3,CQ4:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN 上升沿CQ3<=CQ3+1;IFCQ3=9THENCQ3<=(OTHERS=>'0');CQ4<=CQ4+1;ENDIF;IFCQ4=3ANDCQ3=0THENCQ4<="0000";CQ3<="0001";COUT<='1';ELSECOUT<='0';ENDIF;ENDIFENDPROCESS;CQ1<=CQ3;CQ2<=CQ4;END;仿真結(jié)果：圖4-430進制計數(shù)器仿真圖如圖所示，仿真結(jié)果與設計要求一致，日模塊的設計正確月模塊月模塊為12進制計數(shù)器源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYMONTHISport(clk:INSTD_LOGIC;cout:OUTSTD_LOGIC;cq1,cq2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));END;ARCHITECTUREbehavOFMONTHISsignalcq3,cq4:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTOBEGINPROCESS(clk)BEGINIFclk'EVENTandclk='1'THENcq3<=cq3+1;IFcq3=9THENcq4<=cq4+1;cq3<="0000";ENDIF;IFcq3=2andcq4=1THENcq3<="0001";cq4<="0000";cout<='1';ELSEcout<='0';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS; 十二進制計數(shù)器cq1<=cq3;END;仿真結(jié)果：圖4-5月模塊仿真圖如圖所示月模塊為12進制計數(shù)器，合設計要求，模塊的設計正確。年低兩位模塊年的高兩位和低兩位都為一百進制計數(shù)器，功能基本相同源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYYEARISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;Y1,Y2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0););ENDYEAR;ARCHITECTUREONEOFYEARISSIGNALQ1,Q2:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENQ1<=Q1+1;IFQ1=9THENQ1<=(OTHERS=>'0');Q2<=Q2+1;ENDIF;IFQ2=9ANDQ1=9THENQ2<="0000";Q1<="0000";COUT<='1';ELSECOUT<='0';ENDIF;ENDENDPROCESS;Y1<=Q1;Y2<=Q2;END;圖4-6年低兩位模塊仿真圖年高兩位模塊源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYYEARISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;Y3,Y4:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);COUT:OUTSTD_LOGIC);ENDYEAR;ARCHITECTUREONEOFYEARISSIGNALQ11,Q22:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'Q11<=Q11+1;IFQ11=9THENQ11<=(OTHERS=>'0');Q22<=Q22+1;ENDIF;IFQ22=9ANDQ11=9THENQ22<="0000";Q11<="0000";COUT<='1';ELSECOUT<='0';ENDIF;ENDENDPROCESS;Y3<=Q11;Y4<=Q22;END;仿真結(jié)果：圖4-7高兩位年模塊仿真圖如圖所示，高兩位年模塊為100進制計數(shù)器符合設計的要求，設計正確。校時模塊如原理圖的說明部分所述，校時模塊進行工作模式的選擇，輸入端設有控制按鍵K1，K2。K1進行模式的選擇，K2的功能如同手動時鐘脈沖，進行調(diào)時設置。源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYJIAODUIISPORT(K1,K2:INSTD_LOGIC;WI,DI,MI,YLI,YHI:INSTD_LOGIC;WO,DO,MO,YLO,YHO:OUTSTD_LOGIC);ENDJIAODUI;ARCHITECTUREBEHAVOFJIAODUIISSIGNALA:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(K1,K2)BEGINIFK1'EVENTANDK1='1'THENA<=A+1;IFA=5THENA<="0000";ENDIF;ENDIF;CASEAISWHEN"0000"=>WO<=WI;DO<=DI;MO<=MI;YLO<=YLI;YHO<=YHI;--模式0正常計時WHEN"0001"=>WO<=K2;DO<='0';MO<='0';YLO<='0';YHO<='0';--選通星期模塊，調(diào)周WHEN"0010"=>WO<='0';DO<=K2;MO<='0';YLO<='0';YHO<='0';--選通日模塊，調(diào)日WHEN"0011"=>WO<='0';DO<='0';MO<=K2;YLO<='0';YHO<='0';--選通月模塊，調(diào)月WHEN"0100"=>WO<='0';DO<='0';MO<='0';YLO<=K2;YHO<='0';--選通年模塊，調(diào)年WHEN"0101"=>WO<='0';DO<='0';MO<='0';YLO<='0';YHO<=K2;--選通年模塊，調(diào)年WHENOTHERS=>NULL;ENDCASE;ENDPROCESS;END;仿真結(jié)果：圖4-8K1按下一次與兩次，K2校正星期與日圖4-9K1按下三次，K2校正月4-10K1，K24-11K1，K2圖4-12K1按下六次恢復正常如圖，按鍵K1，K2能夠完成電子日歷工作模式的選擇與調(diào)時校對的功能，滿足系統(tǒng)的設計要求，設計正確。顯示模式模塊源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOG