基于FPGA的高频时钟电路设计

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基于FPGA的电子钟设计报告

基于FPGA的电子钟设计报告一、FPGA的基本知识1、可编程逻辑器件的概况可编程逻辑器件主要分为FPGA和CPLD 两种,两者的功能基本相同。

FPGA--现场可编程门阵列的简称CPLD--复杂可编程逻辑器件的简称2、FPGA芯片及其最小系统(1)FPGA芯片它的外形与普通嵌入式处理器芯片相同采用PGA(Organic pin grid Array，有机管脚阵列)的封装形式，但可以通过烧写特殊程序改变其内部结构，实现专门的电路功能。

基于FPGA的数字时钟2019-11-23 21:36·电力源动一、FPGA的基本知识1、可编程逻辑器件的概况可编程逻辑器件主要分为FPGA和CPLD 两种,两者的功能基本相同。

FPGA--现场可编程门阵列的简称CPLD--复杂可编程逻辑器件的简称它的外形与普通嵌入式处理器芯片相同采用PGA(Organic pin grid Array，有机管脚阵列)的封装形式，但可以通过烧写特殊程序改变其内部结构，实现专门的电路功能。

二、FPGA的设计方法1、编程语言FPGA的主流程序设计语言主要有VHDL语言与Verilog语言两种。

本课题采用VHDL语言进行编写。

VHDL--用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。

它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。

Verilog--一种基本语法与C语言相近，相比较于C语言更容易理解，2、图形化程序设计(设计效率低)三、软件开发环境QuartusII是Altera提供的FPGA开发集成环境，它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。

它完全支持VHDL设计流程，其内部嵌有VHDL逻辑综合器。

四、数字钟功能模块认识数字时钟的设计采用了自顶向下分模块的设计。

底层是实现各功能的模块，各模块由VHDL语言编程实现顶层采用原理图形式调用。

具体的设计框图：各模块原理剖析：（1）在七段数码管上具有时--分--秒的依次显示；（2）时、分、秒的个位记满十向高位进一，分、秒的十位记满五向高位进一，小时按24进制计数，分、秒按60进制计数；（3）整点报时，当计数到整点时扬声器发出响声；（4）时间设置：可以通过按键手动调节秒和分的数值。

基于fpga的数字钟电路设计

基于fpga的数字钟电路设计
随着电子技术和航空电子技术的发展，高精度的电子时钟发挥着越来越重要的作用。

面对众多的时间选择方式，FPGA技术为企业提供了新的解决方案。

本文旨在设计一种基于FPGA技术的数字时钟电路，以满足工业系统时间测量和管理的需求。

数字时钟电路的设计主要分为三个方面：晶振、时钟频率调整以及I/O管脚分配。

首先，选用封装形式为HC49-S的晶振器，其主要特征包括频率精度低至±50ppm、温度范围
宽至−10℃至+70℃、工作温度可升至105℃以及动态特性良好等。

其次，进行时钟频率
调节用FPGA。

FPGA的时钟频率调节模块采用MMC和VCO技术实现时钟频率抢断，可对晶
振的稳定频率进行调节，从而获得高精度的时钟信号。

最后，通过FPGA的I/O管脚分配
完成时钟信号输出，从而将数字信号变换为时间信号，实现时间数据的采集和处理。

基于FPGA技术的数字时钟电路可以有效地满足工业系统实时时间测量和管理的需求，实现工业系统时间计量技术的发展。

该电路具有稳定高效、体积小、功耗低以及现场可实
现调整参数等优缺点，在工业领域具有很高的应用前景。

基于FPGA的数字钟设计

基于FPGA的数字钟设计摘要:现实生活中经常会出现需要用时间测定参数数值的情况，服务日常生活和生产。

基于FPGA设计数字电路产品已经成为当前的重要设计方法。

本文设计选用了Quartus软件环境，运用描述逻辑Verilog HDL，由上至下的模式，基于FPGA完成了数字时钟的设计方案。

本次设计成果采用按键对闹钟的起止点进行控制，能够显示时，分，秒等并且能够实现整点报时。

其中的FPGA技术就是本次试验的亮点之一，其设计易于学习，各个模块分工清晰，在模拟软件上很容易运行，还能够适配于许多种环境，因此总体的系统性能指标还是相当有保证的。

关键词:数字钟；FPGA；Verilog HDL；Quartus1.1 课题研究背景在现代社会，数据集成电路已广泛运用于日常日常生活的各行各业。

数据集成电路也在不停拆换。

从起初的整流管、电子管、大中小型集成电路发展趋势为具备特大型集成电路和独特作用的各类专用型集成电路。

可是，因为微电子技术科技进步的迅猛发展，集成电路设计方案和生产制造工作中再也不会由半导体生产商独立担负。

系统软件室内设计师更喜欢立即设计方案专用型集成电路(ASIC)处理芯片，并马上资金投入具体运用，因而发生了当场可编程逻辑机器设备(FPLD)，在其中应用最普遍的是当场可编门阵列(FPGA)。

数字钟是一种选用数字电路设计技术性完成时、分、秒计时的装置，在完成数据与此同时表明时、分、秒的准确时间和精确校正时，体积小、重量轻、抗干扰能力强、对自然环境需要高、高精密、易于开发设计等与在办公系统系统软件等众多行业运用非常普遍的传统式表壳式机械手表对比，数字表更精确、形象化，因为沒有机械设备装置，使用期限长。

1.2 国内外研究现状近些年来已经有许多技术人员针对电子器件以及时钟等技术进行了研究，但真正意义上的数字钟表起源于50年代或60年代。

伴随着在我国数字钟表电源电路销售市场的迅速发展趋势，尤其是十二五阶段经济发展方法这一领土主权主旋律早已明确，与之有关的关键生产制造技术运用和产品研发将变成领域公司关心的焦点。

基于FPGA的高频信号发生器设计

基于FPGA的高频信号发生器设计摘要随着科学技术的不断发展与进步,我们进入了数字化时代,产品的数字化已是大势所趋。

FPGA（现场可编程门阵列）具有的现场可编程的特性，可以让它的硬件的性能，通过如同软件程序一样实时修改程序代码来改变功能，反复修改错误，这种方式极大地提升了电子设计的灵活性，节约了时间成本和开发成本。

本文使用的FPGA芯片，采用的是Altera公司生产的低成本，Cyclone系列的CycloneIIEP2C8Q208C8N做为核心，完成波形的产生功能，利用内部的ROM来存储波形数据，做出简易的信号发生器，然后通过嵌入锁相环（PLL）来倍频时钟信号，改变信号发生器的频率，达到需要的高频100MHZ以上，使用SignalTapII 对输出数据进行采样，观察波形输出。

关键词：FPGA；信号发生器；PLL；100MHZ；SignalTapII目录第一章前言 (3)1.1研究背景 (3)1.2研究的意义 (3)1.3研究内容 (4)1.4本文主要工作 (4)第二章概述FPGA与PLL (5)2.1FPGA简介 (5)2.1.1FPGA的结构与组成 (5)2.1.2FPGA与ASIC设计的区别 (5)2.2FPGA开发流程 (6)2.3锁相环（PLL）简介 (7)2.3.1PLL的组成 (7)2.3.2PLL应用：频率合成 (7)2.3.3FPGA内嵌功能模块PLL (8)第三章硬件平台 (9)3.1开发板核心板资源介绍 (9)3.2存储器SDRAM电路 (9)3.3电源电路 (9)3.4独立按键及LED电路 (10)3.5时钟和复位电路 (10)第四章设计的软件部分 (11)4.1开发工具软件的简介 (11)4.1.1quartus简介 (11)4.1.2modelsim简介 (11)4.2设计的系统框图说明 (12)4.3波形数据存储ROM的定制 (12)4.3.1波形数据的产生 (12)4.3.2波形数据存储模块的设计 (12)4.4频率控制模块的设计 (13)4.5计数器模块的设计 (13)第五章设计验证与总结 (14)5.1功能仿真 (14)5.2 SignalTapII观察波形 (14)5.3总结 (15)参考文献 (16)致谢 (17)第一章前言1.1研究背景FPGA是由美国公司Xilinx在1980年代中期率先推出的。

基于FPGA的数字电子时钟设计与实现.

课程设计 (论文说明书题目:基于 FPGA 的数字电子时钟设计院 (系 :信息与通信学院专学生姓名:学号:0900240115指导教师:职2012 年 12 月 25 日一、所用设备与器材1.1仪器设备使用仪器设备有 FPGA DE2-70开发板、 PC 机、信号发生器。

图 1 FPGA DE2-70开发板图二.系统方案2.1 设计思想利用数字电子技术、 EDA 设计方法、 FPGA 等技术,设计、仿真并实现一个基于 FPGA 的数字电子时钟基本功能, 其基本组成框图如图 1所示,振荡器采用ALTERA 的 DE2-70实验板的 50MHz 输出,分频器将 50MHz 的方波进行分频进而得到 1Hz 的标准秒脉冲,时、分、秒计时模块分别由二十四进制时计数器、六十进制分计数器和六十进制秒计数器完成,校时模块完成时和分的校正。

扩展功能设计为倒计时功能,从 59分 55秒至 59分 59秒,每秒亮一盏灯报时。

2.1.1课题背景20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高, 同时也使现代电子产品性能更进一步, 产品更新换代的节奏也越来越快。

20世纪 80年代末,出现了 FPGA(Field Progrommable Gate Array, CAE 和 CAD 技术的应用更为广泛,它们在 PCB 设计的原理图输入,自动布局布线及 PCB 分析, 以及逻辑设计,逻辑仿真布尔综合和化简等方面担任了重要的角色,为电子设计自动化必须解决的电路建模,标准文档及仿真测试奠定了基础。

硬件描述语言是 EDA 技术的重要组成部分, VHDL 是作为电子设计主流硬件的描述语言。

本论文就是应用 VHDL 语言来实现秒表的电路设计。

VHDL 语言是标准硬件描述语言,它的特点就是能形式化抽样表示电路结构及行为,支持逻辑设计中层次领域的描述,借用了高级语言的精巧结构简化电路描述,具有电路模拟与验证及保证设计的正确性,支持电路由高层向底层的综合变换,便于文档管理,易于理解和设计重用。

基于FPGA的数字钟课程设计

集成电路设计课程设计报告专业班级学号姓名基于FPGA的数字钟课程设计1.任务和设计要求设计具有时、分、秒计数显示，以24小时循环计时的时钟电路，带有清零和校准功能；2.设计原理采用硬件描述语言Verilog 进行编程，实现20MHZ晶振到1HZ的分频；采用verilog 语言实现数字表功能实现的各个模块；通过各个模块的代码生成相应的模块原理图；再将各个模块生成的原理图进行叠加组成一个数字表系统；3.系统设计设计的数字表有6个输入，16个输出；6个输入中，有一个是时钟信号，开发板上的28号引脚输入的50MHZ的时钟信号；一个清零端，当数字表正常显示时，按下清零端可以实现数字钟整体电路图：4.各个模块设计基于EP1C6Q240C8的数字钟设计，有6个模块组成：Fdiv 分频模块Control 模式选择模块Tune 校正模块Zoushi 时间正常运行模块Saomiao 数码管动态扫描模块；Decoder BCD译码模块；Fdiv 模块：功能：实现20MHZ的时钟信号分成10KHZ的信号和1HZ的信号；输入：clk 为20MHZ的时钟信号；输出：f10000HZ 为10KH的时钟信号；F1HZ 为1HZ的时钟信号；Fdiv 模块代码：module fdiv(clk,f10000Hz,f1Hz);output f10000Hz,f1Hz;input clk;reg f10000Hz,f1Hz;integer CNT1=0,CNT2=0;always@(posedge clk)beginif(CNT1<1999)beginCNT1=CNT1+1;f10000Hz<=1'b0;endelsebeginCNT1=0;f10000Hz<=1'b1;endendalways@(posedge f10000Hz)beginif(CNT2<9999)beginCNT2=CNT2+1;f1Hz<=1'b0;endelsebeginCNT2=0;f1Hz<=1'b1;endendendmodulefdiv 模块波形仿真：由于实际的分频波形仿真中，由于要将20MHZ的分成1HZ的，需要将信号缩小20 000 000倍，因此，此处采用将20HZ的先分成10HZ，然后再将10HZ的分成1HZ的时钟信号；在仿真中这样整，在实际演示中再改下代码，实现真正的20MHZ到1HZ的分频；它们只是一个倍数关系而已；Control 模块：功能：实现电子表的正常显示及时间校正模式的转换；输入：key 模式修改键，每来一个高电平，mode加一次。

基于FPGA的多功能数字时钟设计

The main systemis madeupof thefrequency divisionmodule, controland adjustmodule, time module,scan and displaydecoding module, broadcast module.Thisdesigncompletesall the function with few key, and the transformamong all the state is very convenience.
7.利用适配器将综合后的网络表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。
8.在适配完成后，产生多项设计结果：（a）适配报告，包括芯片内部资源利用情况，设计的布尔方程描述情况等；（b）适配后的仿真模型；（c）器件编程文件。根据适配后的仿真模型，可以进行适配后时序仿真，因为已经得到器件的实际硬件特性（如时延特性），所以仿真结果能比较精确的预期未来芯片的实际性能。如果仿真结果达不到设计要求，就修改VHDL源代码或选择不同速度和品质的器件，直至满足设计要求。
1.CLB是FPGA的主要组成部分。图2-1是CLB基本结构框图，它主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。CLB中3个逻辑函数发生器分别是G、F和H，相应的输出是G’、F’和H’。G有4个输入变量G1、G2、G3和G4；F也有4个输入变量F1、F2、F3和F4。这两个函数发生器是完全独立的，均可以实现4输入变量的任意组合逻辑函数。逻辑函数发生器H有3个输入信号；前两个是函数发生器的输出G’和F’，而另一个输入信号是来自信号变换电路的输出H1。这个函数发生器能实现3输入变量的各种组合函数。这3个函数发生器结合起来，可实现多达9变量的逻辑函数。

fpga课程设计基于fpga多功能电子钟设计

FPGA课程设计报告书题目：基于FPGA多功能电子钟设计学院：电气工程与自动化专业班级：摘要 (1)第一章FPGA简介 (2)1.2 FPGA基本结构 (2)1.3 FPGA系统设计流程 (3)第二章系统电路设计 (4)2.1电子钟的设计方案选择 (4)2.2总体设计方案 (4)2.3显示电路设计 (5)2.3.1分频器电路 (7)2.3.2扫描电路电路 (7)2.3.3 BCD码多路选择器 (7)2.3.4 BCD译码器 (7)2.3.5位选码电路 (8)2.4电子时钟计数器电路设计 (8)2.4.1秒和分计数器设计 (8)2.4.2小时计数器设计 (10)总结 (12)参考文献 (13)附录 (14)本文介绍了多功能电子钟的现状及发展动态，多功能电子钟的应用，多功能电子钟的基本原理和实现方法以及系统构建理论。

针对现行电子钟设计方案实现起来相对复杂、误差偏大等弊端，对以FPGA为核心器件的电子钟方案进行了实验研究，利用EDA技术自顶向下的设计方法，设计电子钟各模块及相应具体电路，通过编译、仿真并下载到FPGA实验平台进行测试，运行结果表明：系统能以较小的误差显示时、分、秒，并且当走时不准时，可以通过相应设置键实现校时。

关键词：多功能电子钟；EDA；FPGA第一章 FPGA简介1.1 FPGA概述FPGA是现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的简称，与之相应的CPLD 是复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或CPLD/PGFA。

CPLD/PGFA几乎能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路。

它如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入或硬件描述语言自由的设计一个数字系统。

通过软件仿真可以事先验证设计的正确性，在PCB完成以后，利用CPLD/FPGA的在线修改功能，随时修改设计而不必改动硬件电路。

基于FPGA的数字时钟的设计1.(精选)

基于FPGA的数字时钟的设计课题：基于FPGA的数字时钟的设计学院：电气信息工程学院专业：测量控制与仪器班级： 08测控（2）班**：***学号： ********合作者姓名：颜志林2010 年12 月12 日综述近年来随着数字技术的迅速发展，各种中、大规模集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面都得到了广泛的应用。

这就迫切要求理工科大学生熟悉和掌握常用中、大规模集成电路功能及其在实际中的应用方法，除通过实验教学培养数字电路的基本实验方法、分析问题和故障检查方法以及双踪示波器等常用仪器使用方法等基本电路的基本实验技能外，还必须培养大学生工程设计和组织实验能力。

本次课程设计的目的在于培养学生对基本电路的应用和掌握，使学生在实验原理的指导下，初步具备基本电路的分析和设计能力，并掌握其应用方法；自行拟定实验步骤，检查和排除故障、分析和处理实验结果及撰写实验报告的能力。

综合实验的设计目的是培养学生初步掌握小型数字系统的设计能力，包括选择设计方案，进行电路设计、安装、调试等环节，运用所学知识进行工程设计、提高实验技能的实践。

数字电子钟是一种计时装置，它具有时、分、秒计时功能和显示时间功能；具有整点报时功能。

本次设计我查阅了大量的文献资料，学到了很多关于数字电路方面的知识，并且更加巩固和掌握了课堂上所学的课本知识，使自己对数字电子技术有了更进一步的认识和了解。

1、课题要求1.1课程设计的性质与任务本课程是电子与信息类专业的专业的专业基础必修课——“数字电路”的配套实验课程。

目的在于培养学生的理论联系实际，分析和解决问题的能力。

通过本课程设计，使学生在理论设计、计算机仿真、指标调测、故障排除等方面得到进一步的训练，加强学生的实践能力。

学生通过设计、仿真、调试、撰写设计报告等过程，培养学生的动手能力和严谨的工作作风。

1.2课程设计的基本技术要求1）根据课题要求，复习巩固数字电路有关专业基础知识；2）掌握数字电路的设计方法，特别是熟悉模块化的设计思想；3) 掌握QUARTUS-2软件的使用方法;4) 熟练掌握EDA工具的使用，特别是原理图输入，波形仿真，能对仿真波形进行分析；5) 具备EDA技术基础，能够熟练使用VHDL语言进行编程，掌握层次化设计方法;6) 掌握多功能数字钟的工作原理，学会不同进制计数器及时钟控制电路的设计方法;7) 能根据设计要求对设计电路进行仿真和测试;8) 掌握将所设计软件下载到FPGA芯片的下载步骤等等。

基于FPGA的多功能数字时钟_毕业论文

南京航空航天大学金城学院毕业设计题目基于FPGA的多功能数字时钟学生姓名学号系部自动化系专业电气工程与自动化班级指导教师二〇一三年六月南京航空航天大学金城学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：基于FPGA的多功能数字时钟）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名：郭建超2013年5 月31 日（学号）：2009031236毕业设计（论文）报告纸基于FPGA的多功能数字时钟摘要数字钟由于其具有走时准，显示直观，款式新颖，附加功能多等特点而受到人们的广泛使用。

采用FPGA设计一个具有整点报时，可校时，可显示万年历的数字时钟是本课题的主要任务。

由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产、生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

诸如定时自动报警、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些都是以钟表数字化为基础的。

近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求，因此研究数字钟以及扩大其应用有着非常现实的意义。

本文介绍的基于现场可编程门阵列FPGA实现数字多功能数字时钟，采用自上而下的方法对系统进行设计，以硬件描述语言VHDL为描述语言，利用QuartusII软件进行设计，并在智能可编程器件开发实验系统KH-310上实现数码管显示的时钟，及其计时、校时、整点提示和万年历功能。

其中时钟的秒钟、分钟为60进制计时方式，小时可通过24进制的计时方式，天可通过与月传过来的判断信号来判断大、小平、闰月，可分别用28、29、30、31进制计数实现，月通过12进制计数实现，年通过100进制计数实现。

基于FPGA的数字时钟设计

基于FPGA的数字时钟设计数字时钟是现代生活中必不可少的时间展示设备，广泛应用于各种场所，如家庭、办公室、学校等。

随着科技的不断发展，数字时钟的功能也得到不断升级，为人们日常生活提供了更多的便利和体验。

本文将介绍基于FPGA的数字时钟设计方案。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是可编程门阵列的缩写，是一种现场可编程逻辑器件。

FPGA具有可编程性强、功能强大、极低的延迟等特点，被广泛应用于数字系统设计中。

本文中使用FPGA来实现数字时钟设计方案。

数字时钟的核心是计时电路，计时电路可以通过FPGA实现，使用FPGA来实现数字时钟的主要优点是可编程性强，能够满足不同需求的设计。

一、数字时钟的设计思路1、时钟信号的产生数字时钟的起点是时钟信号的产生，时钟信号的产生一般需要使用晶振。

晶振可以在一定频率范围内提供稳定的时钟信号。

FPGA可以通过将晶振与逻辑电路相连接，从而得到稳定的时钟信号。

2、计时电路的设计在数字时钟中，需要实现时、分、秒的计时功能。

这可以采用三个计时器来实现。

计时器可以使用FPGA内置的计数器实现，也可以通过逻辑电路实现。

计时器根据时钟信号的变化而变化，通过累计时钟信号的脉冲数计算出时、分、秒。

3、数码管的控制数字时钟的时间要通过数码管进行显示，数码管需要接受来自FPGA的控制信号才能正常显示数字。

通常采用多路复用器的方式来控制数码管的显示。

这里可以使用FPGA内置的多路复用器实现，FPGA输出控制信号，控制多路复用器选择哪个数码管进行显示。

数字时钟的硬件设计主要包括以下部分：时钟信号发生电路包含晶振以及晶振产生的时钟信号经过变压器传送到电路板上。

在电路板上，时钟信号经过电路处理，产生一定的电平和频率，供后续计时模块使用。

2、计时模块计时模块包括三个计时器，分别用于计算时、分、秒。

计时器通过累加时钟信号的脉冲数计算时间。

计时模块的输出需要送到数码管的控制模块进行显示。

基于FPGA的电子钟设计

END COLOR;
ARCHITECTURE BEHAV OF COLOR IS
BEGIN
PROCESS(START)
BEGIN
CASE START IS
WHEN '0'=> SPEAKER<='0';
WHEN '1'=> SPEAKER<=CLK;
WHEN OTHERS=>NULL;
END CASE;
WHEN 3=>LEDS<="0000000000001000";
WHEN 4=>LEDS<="0000000000010000";
WHEN 5=>LEDS<="0000000000100000";
WHEN 6=>LEDS<="0000000001000000";
WHEN 7=>LEDS<="0000000010000000";
COUT: OUT STD_LOGIC);
END COUNT60;
ARCHITECTURE BEHAV OF COUNT60 IS
SIGNAL OLBR:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
SIGNAL OHBR:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
Y<=CLK WHEN S='0'
ELSE BOTTON;
END BEHAV;
报时/花样显示原理图
时钟顶层原理图：
ELSIF(OLBR>8)THEN
OLBR<="0000";OHBR<=OHBR+1;

基于FPGA的电子时钟的设计

1.设计要求：1）.能够显示时、分、秒的六位数值，实行24小时制。

2）.具有方便的调时功能。

3）.具有跑表的功能，可以方便的进行计时。

4）.具有一定的稳定性。

2.总体设计框图由分频电路产生1HZ、100HZ、1000HZ的脉冲信号，1HZ送入计数器进行计时。

100HZ作为跑表的基准信号，1000HZ用来动态扫描模式选择键。

由按键模块来选择是计时、跑表还是调时，然后由显示模块显示出来时间。

当程序执行出现错误时，由复位电路使FPGA重新执行。

3.硬件分块介绍复位电路：当FPGA执行程序出现错误时，由上电复位电路使其从程序的开始重新执行，确保程序运行的正常。

FPGA：由分频程序就是分别产生1HZ、100HZ、1000HZ的脉冲信号，由于FPGA 的晶振频率为50MHZ要进行2分频才会产生25MHZ。

进行计数当计数到24999999时，就是产生1HZ。

当计数到249999就会产生100HZ信号。

当计数到24999就会产生1000HZ的信号。

用1HZ的脉冲信号作为秒的基准信号，每来一次脉冲秒位加1，当满60时分位加1，同时秒位清0；当分位满59时，秒位满59时再过一秒时位加1，同时分、秒位清0。

按键模块：主要是用来实现模式选择。

本时钟有三个模式，分别是正常计时、跑表、时间调整。

而时间调整只能调分、时，且只有加1的功能。

当调整到跑表功能时，用一个按键就可以实现开始、暂停、清0的所有功能。

显示模块：显示分为正常显示和调时显示为8位数码管显示，信号分为段选和位选，位选为先选秒个位然后循环左移逐个选择8位数码管，段选为译码器根据输出信号选择点亮的数码段。

4软件分块介绍主流程图分频模块流程图由于时钟频率为50MHZ要产生1HZ、100HZ、1000HZ的脉冲信号。

而且时钟先要二分频。

这是产生1s信号。

这是产生10ms信号。

这是产生1ms信号。

符号图如下：计时模块流程图由分频产生1s的信号。

来一个脉冲秒位加1，如果满60，分位加1，秒位清0；如果分为满60，小时加1，分位清0。

基于FPGA的多功能电子时钟设计报告书

基于FPGA的多功能时钟的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：第一章绪论现代社会的标志之一就是信息产品的广泛使用，而且是产品的性能越来越强，复杂程度越来越高，更新步伐越来越快。

支撑信息电子产品高速发展的基础就是微电子制造工艺水平的提高和电子产品设计开发技术的发展。

前者以微细加工技术为代表，而后者的代表就是电子设计自动化（electronic design automatic, EDA）技术。

本设计采用的VHDL是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级这三个不同层次的设计；支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述，覆盖面广，抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛。

ASIC是专用的系统集成电路，是一种带有逻辑处理的加速处理器；而FPGA是特殊的ASIC芯片，与其它的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检测等优点。

在控制系统中，键盘是常用的人机交换接口，当所设置的功能键或数字键按下的时候，系统应该完成该键所对应的功能。

基于FPGA的电子钟设计

基于FPGA的电子钟设计基于FPGA的电子钟设计随着物联网技术的发展，我们对于时间的要求也越来越精细。

电子钟作为一个基本的时间计量工具，其精度和稳定性至关重要。

而FPGA作为一种强大的可编程逻辑器件，具有高速、高效、灵活等优势，成为电子钟设计的重要基础。

一、电子钟的基本原理电子钟是指采用电路元器件、微处理器等电子器件构成的时钟。

其基本原理可以概括为：利用更精确的时间计量器件替代机械时钟中的发条和摆轮，同时采用数字处理器等电子元器件代替机械表盘展示时间。

电子钟的核心是时基电路，其作用是产生高精度的时间信号，为其它电路提供时间标准。

通常采用晶振、TCXO、OCXO等时基器件。

为了保证时间精度，还要从外部时钟或天线接收校正信号。

二、FPGA的优势FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以灵活地对电路进行编程和调整，从而实现不同的功能。

FPGA相对于ASIC（Application Specific Integrated Circuit），具有以下优点：1. 灵活性：FPGA可以通过重新编程来实现不同的逻辑功能，而ASIC则需要重新设计电路，成本和时间都比较高。

2. 高速：FPGA以可编程方式实现电路逻辑，减少了多级缓存的开销，因此运行速度更快。

3. 低功耗：FPGA可以在逻辑上进行优化，以达到低功耗效果，同时利用现代的制造技术，还可以采用低功耗工艺。

4. 可重用性：FPGA的电路设计可以在不同的项目中重复使用，从而提高了效率和经济性。

三、基于FPGA的电子钟设计基于FPGA的电子钟设计方案主要包括两部分，分别是时基电路和数码显示电路。

1. 时基电路设计时基电路是电子钟的核心部分，可以采用晶振、TCXO、OCXO等器件来产生高精度的时间信号。

在电子钟的设计中，一般还需要接收外部同步校时信号，用于校正时钟误差。

基于FPGA的时基电路设计主要包括以下几个部分：（1）时钟输入电路：接收来自外部同步信号的时钟脉冲，用于校准电子钟的误差。

基于FPGA的数字时钟设计设计

基于FPGA的数字时钟设计设计设计（论文）题目：基于FPGA的数字时钟设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要随着科学技术的飞速发展，系统向着高速度、低功耗、低电压和网络化、移动化方向发展，各个领域对电路的要求越来越高，传统单一功能的电路很难满足发展的要求，而可编程逻辑器件（CPLD/FPGA）可以很方便地通过对逻辑结构的修改和配置，完成对系统和设备的升级。

基于FPGA的数字电子时钟

第1章绪论数字化是电子设计发展的必由之路已成为共识。

在数字化的道路上，我国电子设计技术的发展经历了，并将继续经历许多重大的变革与飞跃、从应用SSI通用数字电路芯片构成电路系统，到广泛地应用MCU(微控制器或单片机)，它使得电子系统的智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃。

MCU的广便应用并没有抛弃SSI的应用，而是为它们在电于系统中找到了更合理的地位。

随着社会经济发展的延伸、各类新型电子产品的开发为我们提出了许多全新的课题和更高的要求。

FPGA在EDA基础上的广泛应用．从某种意义上说，新的电子系统运转的物理机制又将回到原来的纯数字电路结构，但这是—种更高层次的循环，应是一次否定之否定的运动，它在更高层次上容纳了过去数字技术的优秀部分，对MCU系统将是—种扬弃，但在电子设计的技术操作和系统构成的整体上却发生质的飞跃。

如果说MCU在逻辑的实现上是无限的话，那么高速发展的FPGA 不但包括了MCU这一特点，并兼有串、并工作方式和高速、高可靠性以及宽口径适用等诸多方面的特点、不仅如此，随着EDA技术的发展和FPGA在深亚微米领域的进军、它们与MCU、MPU、DSP、A／D、D／A、RAM和ROM等独立器件问的物理与功能界限正日趋模糊。

以大规模集成电路为物质基础的EDA技术终于打破了软硬件之间最后的屏障，使软硬件工程师们有了共同的语言[1]。

1.1 课题背景电子产品随着技术的进步，更新换代速度可谓日新月异。

不同行业层出不穷的技术需求，使得对配套电子系统或部件的功能、可靠性、集成度、成本、设计周期的要求日益提高。

随着时间的推移，科学研究与技术开发行为日益市场化，而远非纯粹的学术行为，这要求设计工作必须在较短的时间内出色完成，技术人员感到工作压力越来越大。

显然，采用传统的电子设计手段完成复杂电子系统设计显得越来越力不从心了，传统的电子设计与现实手段受到极大的挑战。

如果在激烈的技术产品竞争中仍沿用老办法，很可能在激烈的竞争中处于被动落后的境地，例如，当设计比较复杂的电子系统时，要等到做完全部硬件试验才开始设计印制电路板，这样，设计周期必然会相应拉长，即使设计出印制电路板来，也很难保证它的电气连接全部正确、各个元器件参数合理以及完善的电磁兼容性能，如果需要设计实现的数字电路部份规模较大，仍习惯地利用中、小规模数字集成芯片实现，电路的集成度和可靠性在许多应用场合会受到很大限制，甚至根本无法满足需求。

基于FPGA的高频时钟的分频和分配设计

基于FPGA的高频时钟的分频和分配设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于FPGA的高频时钟的分频和分配设计摘要：介绍了为PET（正电子发射断层扫描仪）的前端电子学模块提供时间基准而设计的一种新型高频时钟扇出电路。

该电路利用FPGA芯片来实现对高频时钟的分频与分配，并用LVDS传输标准对生成的多路时钟信号进行传输，从而最大程度地减少了输出各路时钟之间的延时偏差,同时利用低压差分信号的传输特性增强了信号的抗干扰能力。

文章给出了采用VHDL语言编写的时钟电路程序代码.关键词：FPGA;高频时钟；VHDL１引言随着应用系统向高速度、低功耗和低电压方向的发展，对电路设计的要求越来越高传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。

同时，由于ＩＣ设计与工艺技术水平的提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高。

目前已经可以将整个系统集成在一个芯片上，即片上系统（ＳｙｓｔｅｍｏｎａＣｈｉｐ缩写为ＳＯＣ），这种芯片以具有系统级性能的复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）和现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ)为主要代表。

与主要实现组合逻辑功能的ＣＰＬＤ相比，ＦＰＧＡ主要用于实现时序逻辑功能。

对于ＡＳＩＣ设计来说，采用ＦＰＧＡ在实现小型化、集成化和高可靠性系统的同时，还可以减少风险、降低成本、缩短开发周期。

２系统硬件组成本文介绍的时钟板主要由于为ＰＥＴ（正电子发射断层扫描仪）的前端电子学模块提供３２路系统时钟（６２．５ＭＨｚ)和３２路同步时钟（４ＭＨｚ）。

时钟信号之间的偏差要求在２ｎｓ之内。

图１所示是其硬件设计示意图.由图１可知,该时钟电路的具体工作原理是:首先由精密晶体振荡器产生６２．５ＭＨｚ的时钟信号，然后经时钟驱动芯片ＣＹ２３０５输入ＦＰＧＡ芯片的时钟引脚ＧＣＬＫ以作为时钟源。

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ＧＡ的编程可以实现不同频率输出。图２所示为它的部分逻辑单元。它的输出时钟频率ｆｒ小主要决定于外ｏ大ｕ部输入的参考时钟ｆＦＲ的频率以及内部的ＰＬＥＬ
（ｈａｅＬｃｅｏｐ分频因子Ｐ、和Ｎ．Ｐｒｓ－ｏｋｄＬｏ）Ｍ用公式表达如下：
响ＡＤ的动态性能，了将这种影响最小化，Ｃ为
输出我们所需要频率的时钟信号．由时钟芯片输出的是一对差分的ＬＰＣＶＥＬ电平信号，所用
的扇出芯片Ｎ６１Ｓ是一个可以将一对差分ＢＮ４
的ＬＰＣ电平信号转化为四对差分的ｖＥＬＬＤＶＳ电平信号输出的转换器。图ｌ所示为设
第２８卷
２０年０８
第４期
７月
核电子学与探测技术
ＮｕｌａｌｃｒｎｃｃｅｒＥｅｔｏｉｓ＆ＤｔｃｉｎＴｅｈｏｏｙｅｅｔｃｎｌｇｏ
Ｖｏ８Ｎ０４ｋ２．
Ｊ１２０ｕ．０８
基于ＦＧＡ的高频时钟电路设计Ｐ
理意义的参数—— 中微子混合角ｅ。实验利。
用电子反中微子在大型液体闪烁体探测器中的反Ｂ衰变反应来测量反应堆中微子。比较远近探测器测得的中微子 Leabharlann 量和能谱，可以知道就
编程实现对时钟芯片ＭＰ９４２的控制，Ｃ２３并根
据需要输出高达１Ｇ赫兹的高频时钟．设计中的难点主要是在时钟信号高达１ＧＨｚ印制版时
读出系统将其波形显示出来，由于粒子振荡的频率极高，一般的读出电路已经不能满足要用求，于是需要用一个高速波形取样电路，电路中所采用的ＦＩ￣ＡＭ也是一个高采样率的ＡＣ芯Ｄ片。为了保证各路信号的取样率和幅度分辨
时钟芯片、出芯片以及与Ｖ扇ＭＥ连接的相关
中的中微子振荡实验，主要目标是利用核反应堆产生的电子反中微子来测定一个具有重大物
本设计作为高速取样电路外部的高频时钟电路，主要是选用了Ｘｉｎ它ｌｘ公司的Ｓａｔｎｉｐｒａ
ⅡＥ系列ＦＧＡ和ＰＯＭ，用对ＦＧＡ进行ＰＲ利Ｐ
收稿日期：０７１－３２０－１２
作者简介：孙芸华（９１，，１８一）女山东菏泽人，湖南大
学硕士。
源，它输出ＬＰＣＶＥＬ的差分信号的频率范围可以从２．５１２ＭＨｚ到高达１６ＭＨ，３０ｚ通过对Ｆ一Ｐ
８９０
ｆＵ一（ａＴ ÷ Ｐ ×Ｍ÷ （）ＮＡ．）Ｂ
它可以以任意电平的差分信号输入，ＬＤ以ＶＳ
的差分信号输出，而不需要额外的加转换器。
１３印制电路板的处理．
对于时钟频率高达１ｚＧＨ的电路板，印其制电路板（Ｃ）布局布线时要求也较为严ＰＢ在格．首先对于电路板的叠层分配，要使得信号完整性最佳并保持电路板去耦，就应该尽可能将接地层／电源层成对布放，并且将电源和地分别定义为一层。再者当一根信号线上有信号通过时，ＰＢ板上与之相邻的信号线会感应出相在Ｃ关的信号，这种现象称为串扰。时钟信号和异
的布局布线，Ｇ的差分对时钟信号的传输。１Ｈｚ
中微子是否发生了振荡，而确定振荡参数进
ｅ。而对于从探测器出来的参数需要用一个。
１硬件电路设计
本设计是一个６的ＶＵＭＥ通用型的插件，它所使用到的器件主要有Ｆ（、ＲＭ、ＰＰＯ
的驱动芯片。电路上电之后，ＦＧ当ＰＡ通过ＥｚＰｏ加载了控制程序之后，ＲＭ时钟芯片可以根据写入的程序，对各个管脚进行逻辑配置，进而
率，使所有插件能够达到同步，以便进行精确的时间定位，在其外部留有专门的外部时钟接口。
时钟源是高速数据转换系统中最重要的子电路之一．这是因为时钟信号的定时精度会直接影
路达到了设计要求，证明该设计是合理的关键词：高频时钟，ＰＡ，Ｌ，ＬＦＣＦＧＤＬＰＬ，ＡＤ
中图分类号：Ｔ８Ｌ１文献标识码：Ａ文章编号：０５－９４２０）４００－４２８３（０８０—８９００
大亚湾反应堆中微子实验是一个前期研究
其中Ｎ，ＢＰＬ后分频器（ｏｔｉ — ＡＮ是Ｌｐｓｄｉ－ｖｄｒ，ｅ）用来对ＯＱ的输出进行配置；ａ，ＢＰ是ＰＬＬ
孙芸华颜永红赵豫斌席仙梅吕继方罗江平，，，，，
（．湖南大学，１湖南长沙４０８；．北京高能物理研究所，１０２２北京１０４）００９
摘要：介绍了运用ＦＧ和时钟芯片，高达１的高频时钟的电路设计方法．本文ＰＡ产生Ｇ经过调试电
计的硬件原理图。１１时钟合成芯片介绍［．２］
设计中所采用的时钟芯片ＭＰ９４２是Ｃ２３飞思卡尔公司生产的一个高性能的时钟合成
）Ｃ的时钟源必须具有很低的时钟抖动或者相位噪声，否则系统的动态性能在很大程度上将不由前端模拟输入或ＡＣ的质量决定［。Ｄ ¨

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