时钟设计--FPGA

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fpga中的模拟时钟和数字时钟

fpga中的模拟时钟和数字时钟
在FPGA（现场可编程门阵列）中，模拟时钟和数字时钟是两
种不同的时钟信号。

1. 模拟时钟：
模拟时钟是连续变化的信号，它可以表示连续时间的变化。

在FPGA中，模拟时钟通常用于模拟信号处理（Analog Signal Processing）和模拟电路仿真。

模拟时钟通常以模拟时钟频率
定义，如100MHz或1GHz。

2. 数字时钟：
数字时钟是离散的信号，它用于同步数字电路操作。

在FPGA 中，数字时钟用于同步逻辑电路的操作和数据传输。

数字时钟通常以数字时钟频率定义，如50MHz或100MHz。

在FPGA设计中，模拟和数字时钟起到了不同的作用。

模拟
时钟主要用于处理和模拟连续信号，例如模拟滤波、混频等操作。

数字时钟用于同步FPGA中的数字逻辑电路，确保逻辑
电路按照预期的时序进行操作，并提供数据的正确传输和处理。

通常情况下，FPGA设计中会引入一个或多个数字时钟信号，
以确保系统的正确运行，并使用时钟分频器等技术来将数字时钟信号转换为模拟时钟信号供模拟电路使用。

总之，模拟时钟和数字时钟是FPGA设计中的两种不同的时
钟信号，用于处理连续信号和同步数字电路操作。

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。

fpga数字时钟课程设计

fpga数字时钟课程设计FPGA数字时钟课程设计随着科技的不断发展，数字时钟已经成为现代人生活中必不可少的物品。

数字时钟的准确性和便捷性吸引了越来越多的人使用。

而现在，我们可以通过FPGA数字时钟课程设计来实现一个高精度的数字时钟。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以通过编程实现各种不同的功能。

数字时钟的实现也可以通过FPGA来完成。

在FPGA数字时钟课程设计中，我们需要先确定时钟的基础部分。

时钟的基础部分由时钟信号产生器、时钟分频器、时钟计数器和时钟显示器组成。

时钟信号产生器需要产生一个稳定的时钟信号，以供后续的计数器和分频器使用。

我们可以通过FPGA中的时钟模块来产生一个稳定的时钟信号。

接下来，时钟分频器需要将时钟信号分频，使得计数器可以进行精确的计数。

分频器的分频系数可以通过FPGA中的数码开关进行设置。

然后，时钟计数器需要根据分频器的设定进行精确的计数。

计数器的计数值可以通过FPGA中的计数器模块进行设置。

时钟显示器需要将计数器的计数值进行显示。

我们可以通过FPGA 中的数码管模块来实现时钟的显示功能。

除了基础部分，我们还可以通过添加更多的功能来完善数字时钟。

例如，我们可以添加闹钟功能、日期显示功能等，以增加数字时钟的实用性。

在FPGA数字时钟课程设计中，我们可以使用VHDL（VHSIC Hardware Description Language）语言进行编程。

VHDL是一种硬件描述语言，可以用于FPGA和ASIC的设计。

通过编写VHDL 程序，我们可以实现数字时钟的各种功能。

FPGA数字时钟课程设计是一个非常有趣和实用的课程项目。

通过这个项目，我们可以深入了解数字时钟的工作原理，熟悉FPGA的编程方法，同时也可以锻炼自己的编程能力。

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。

fpga参考时钟

fpga参考时钟
FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）通常需要使用参考时钟来同步其逻辑运算和数据传输。

参考时钟是一个稳定、可靠且精确的时钟信号，是FPGA内部操作和外部接口的基准。

选择FPGA的参考时钟需要考虑以下几点：
1.时钟源选择：参考时钟通常由外部时钟源提供，如晶体振
荡器或频率发生器。

选择合适的时钟源应根据应用需求和性能要求进行。

2.时钟频率选择：根据FPGA的设计要求和外部相关设备的
接口要求，选择适当的时钟频率。

同时，考虑时钟单元（Clocking Resources）在FPGA内部的供应和分配能力，以保证设计的正确性和稳定性。

3.同步和相位关系：FPGA内部的各个模块需要在时钟的上
升沿或下降沿处进行同步。

因此，在设计过程中，需要考虑好各个模块之间、FPGA与外部设备之间的时钟同步和相位关系。

4.时钟分配：在FPGA设计中，需要合理分配时钟信号以满
足不同模块的时钟需求。

根据设计的复杂性，可以使用时钟分频、时钟倍频、时钟延迟等技术来生成和调整时钟信号。

5.时钟约束：在FPGA设计环境中，应使用时钟约束（Clock
Constraints）来指定时钟信号的性质、约束和时序要求。

这样，设计工具可以更好地优化和验证时钟分配、数据路
径和时序关系。

综上所述，选择FPGA的参考时钟需要考虑时钟源、时钟频率、同步关系、时钟分配和时钟约束等因素。

合理选择和设计参考时钟对于保证FPGA设计的正确性、性能和可靠性至关重要。

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。

FPGA时钟设计

FPGA时钟设计在FPGA设计中，时钟设计需要考虑以下几个方面：1.时钟源：时钟源可以是外部信号源，也可以是FPGA内部的时钟发生器。

外部时钟源一般来自外部设备或者振荡器。

FPGA内部的时钟发生器可以根据需要生成所需的时钟频率。

2.时钟分频：时钟分频是指将输入的时钟频率分频为所需的输出频率。

在一些应用中，需要将时钟频率降低到一个更低的频率，以降低功耗或满足特定的应用需求。

3.时钟分配：在FPGA设计中，可能会有多个模块需要使用时钟信号。

时钟分配是指将时钟信号分配给各个模块，以确保它们能够按照同步的方式工作。

4.时钟域划分：在FPGA设计中，可能会存在多个时钟域，即不同的时钟频率和时钟相位。

时钟域划分是指将设计中的电路划分为不同的时钟域，并确保时钟跨域的数据传输正确。

5.时钟驱动和延迟：时钟驱动和延迟是指时钟信号的传输延时。

由于FPGA中的逻辑电路通常具有不同的传输延时，所以时钟信号需要正确地驱动各个子模块，以确保数据的正常传输。

在进行FPGA时钟设计时，需要考虑以下几个关键问题：1.时钟频率选择：时钟频率选择需要综合考虑系统的需求和FPGA的性能。

较高的时钟频率可以提高系统的工作速度，但也会增加功耗和电磁干扰。

较低的时钟频率可以降低功耗和电磁干扰，但会降低系统的工作速度。

2.时钟相位对齐：时钟相位对齐是指在不同时钟域之间进行数据传输时，需要确保时钟相位的对齐。

时钟相位对齐可以通过插入寄存器或者使用FPGA的时钟管理资源来实现。

3.时钟缓冲和驱动：时钟缓冲和驱动是指对时钟信号进行放大和驱动，以确保时钟信号能够正常传输和驱动其他模块。

时钟缓冲和驱动可以使用FPGA内部的时钟管理资源，如PLL和BUFIO等。

4.时钟分频策略：时钟分频策略是指根据需要将时钟频率分频为所需的频率。

时钟分频可以使用FPGA内部的分频器来实现，也可以使用逻辑电路来实现。

在FPGA时钟设计过程中，需要进行时钟约束设置，即设置时钟频率、时钟相位和时钟域等约束条件。

fpga时钟树设计原则

fpga时钟树设计原则FPGA时钟树设计原则随着科技的不断发展，FPGA（Field Programmable Gate Array）在数字电路设计中的应用越来越广泛。

而时钟树作为FPGA中最重要的组成部分之一，对于整个系统的性能和稳定性起着至关重要的作用。

本文将介绍FPGA时钟树设计的原则，以帮助读者更好地理解和应用这一关键技术。

1. 时钟树的稳定性时钟信号的稳定性对于FPGA的性能至关重要。

在时钟树设计中，应采取以下措施来确保时钟信号的稳定传递：（1）降低时钟信号的抖动：抖动是指时钟信号在传输过程中产生的不稳定性。

为了降低抖动，可以采用低抖动的时钟源，并合理布局时钟信号线路，避免与其他高干扰信号线路相交。

（2）降低时钟信号的噪声：噪声是指时钟信号中的不期望的干扰成分。

为了降低噪声，可以采用低噪声的时钟源，并在布局过程中避免与高噪声信号线路相近。

2. 时钟树的延时平衡时钟树的延时平衡对于保证时序一致性和减小时序偏差至关重要。

在时钟树设计中，应采取以下措施来保持时钟信号的延时平衡：（1）合理选择时钟树拓扑结构：时钟树的拓扑结构直接影响到时钟信号的传播延时。

一般来说，采用层次化的拓扑结构可以有效减小时钟信号传播的延时差。

（2）采用缓冲器和驱动器：缓冲器和驱动器可以用来调整时钟信号的驱动能力和传播延时，从而实现时钟信号的延时平衡。

3. 时钟树的功耗优化时钟树的功耗优化对于提高系统的能效至关重要。

在时钟树设计中，应采取以下措施来降低功耗：（1）合理选择时钟树的频率：时钟树的频率直接影响到功耗的消耗。

一般来说，较低频率的时钟信号可以降低功耗，但也会影响系统的性能。

（2）采用时钟门控技术：时钟门控技术可以根据需要对时钟信号进行开关控制，从而降低时钟信号的功耗。

4. 时钟树的布局与布线时钟树的布局与布线对于保证时钟信号的稳定传递和延时平衡至关重要。

在时钟树设计中，应采取以下措施来优化布局与布线：（1）合理布局时钟信号线路：时钟信号线路应尽量短且对称，避免与其他信号线路相交，减小互相干扰。

fpga低频时钟产生方案

fpga低频时钟产生方案FPGA低频时钟产生方案一、简介FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统中。

在FPGA设计中，时钟是一个重要的信号，用于同步各个模块的操作。

在某些应用中，需要产生较低频率的时钟信号，本文将介绍一种FPGA低频时钟产生的方案。

二、传统方案在传统的FPGA设计中，通常使用PLL（Phase-Locked Loop）来产生需要的时钟信号。

PLL是一种电路结构，可以根据输入的参考时钟信号产生输出的时钟信号，并且具有锁相、频率倍频等功能。

然而，PLL的最低输出频率受到其内部的参考分频器的限制，一般在几十MHz至上百MHz之间。

三、低频时钟产生方案为了产生更低频的时钟信号，我们可以使用PLL的输出时钟信号作为基准信号，再经过分频器进行进一步的分频操作。

分频器可以将输入的时钟信号分频为较低频率的时钟信号。

在FPGA中，分频器可以通过配置寄存器来实现，具有灵活性和可编程性。

四、具体实现1. 首先，在FPGA设计中，选择一个合适的PLL模块，并将其配置为所需的输出频率。

一般来说，PLL的输出频率是由输入参考时钟频率和分频系数决定的。

2. 将PLL的输出时钟信号连接到一个分频模块。

分频模块可以是FPGA内部的资源，也可以是外部的分频芯片。

根据所需的低频时钟频率，设置合适的分频比来实现分频操作。

3. 将分频后的时钟信号连接到需要使用低频时钟的模块。

五、注意事项1. 在选择PLL时，要考虑其最低输出频率和分频系数的范围，以满足所需的低频时钟要求。

2. 在设计分频器时，要考虑分频比的选取，避免频率过高或过低。

3. 在连接时钟信号时，要注意时序约束和布线规则，确保时钟信号的稳定性和可靠性。

六、优缺点分析1. 优点：使用PLL和分频器的方案可以实现较低频率的时钟信号，灵活性高，可以根据实际需求进行配置。

2. 缺点：PLL的最低输出频率和分频器的分频比范围有限，可能无法满足一些特殊的低频时钟要求。

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的数字时钟设计

基于FPGA的数字时钟设计一、实验设计目的：1、进一步熟悉QuartusⅡ的软件使用方法；2、熟悉可编程逻辑器件的开发流程及硬件测试方法；3、熟悉基于FPGA的综合数字系统设计方法；二、设计任务及要求：设计一台可以显示时、分、秒的数字钟。

如图：图1 数字钟系统要求：1、能直接显示小时、分、秒，其中小时为以二十四为计数周期；2、当电路发生走时错误时，要求电路有校时功能，可以对时、分单独校正；3、具有闹钟功能，即输入想要定时的时间，当时钟到达该时间时报警，系统可由灯亮代表报警信号。

4、能显示年月日，使其具有日历功能，并能完成对三种日期状态的校正。

三、设计思路：在24进制程序的基础上设计时钟功能，并加入校正模块以实现对时钟的校正。

在实现时钟功能后添加闹钟模块，并用高位信号表示报时信号。

根据时钟设计方法设计日历功能，同样也加入校正模块。

并且根据日期的进位特点（3月31日，4月30日）完善对日历功能的设计。

四、设计原理：1、根据24进制与60进制的进位信号，完成分钟位，小时位的显示，使其构成基本时钟功能。

2、根据24小时的进位信号count,进行年月日功能的实现。

设置K2与K1为日历与时钟的切换键。

3、在时钟电平作用下，设计两个高低电位JZ1与JZ2电平与K2与K1信号同时控制小时位、分钟的校正。

4、用时钟电平clk2作为闹钟的进位信号，设置K2与K1为闹钟和时钟的切换键。

设置MZ1与MZ2控制闹钟的分钟位与小时位，进行闹钟的设定。

5、在K2、K1与使能信号控制下，设置JZ1与JZ2进行对日历的日与月的校正；JZ1与JZ2进行对年份的个位与十位的校正。

6、最终用K1、K2的四种模式控制显示闹钟、时钟与日历的切换显示模块。

五、设计过程：当时间为23：59：59则进位端count为1，此时判别月份与日期，进行相应的日进位与月进位。

模块2：校准与闹钟设置该程序段为分与时校正，当K1=K2=0时，JZ1为1时，进行分校准；JZ2为1时，进行时校准。

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。

fpga数字钟实验总结

fpga数字钟实验总结
FPGA数字钟实验总结：
本次FPGA数字钟实验旨在设计并实现一个基于FPGA的数字时钟。

通过该实验，我掌握了以下几个方面的知识和技能。

首先，我学会了使用FPGA开发工具进行电路设计和编程。

我使用了一种特定的硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，来描述时钟电路的功能和行为。

通过学习和实践，我能够熟练地使用FPGA开发工具创建和编辑代码。

其次，我了解了数字时钟的基本原理和组成部分。

数字时钟通常由时钟芯片、计数器、显示器和控制电路组成。

我学会了如何使用FPGA来实现这些功能，并通过编程控制时钟的显示方式和计时功能。

在实验过程中，我还学会了时序设计和逻辑电路的基本概念。

由于时钟电路需要精确的时序控制，我学会了如何设计和优化时钟电路的时序路径，以确保电路的正常运行和准确计时。

此外，我还学会了如何使用开发板上的按钮和开关等外部输入
设备来控制时钟的设置和调整功能。

通过编程，我能够实现时钟的
时间调整、闹钟设置等功能，并通过显示器将相应的信息展示出来。

最后，在实验过程中，我也遇到了一些挑战和问题。

例如，时
钟的精确性和稳定性是一个重要的考虑因素，我需要注意时钟信号
的抖动和噪声问题。

此外，时钟的显示方式和格式也需要根据实际
需求进行设计和调整。

通过本次FPGA数字钟实验，我不仅巩固了对数字电路和FPGA
开发的理论知识，还提高了实际操作和问题解决能力。

这个实验为
我今后在数字电路设计和嵌入式系统开发方面的学习和工作奠定了
坚实的基础。

fpga 设计中对时钟的使用

fpga 设计中对时钟的使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以随意定制电路，称为“现场可编程门阵列”。

FPGA极大地促进了数字设计的发展，主要原因是它们具有高度灵活性和可编程性，在快速原型开发和快速市场推出方面具有重要作用。

时钟在FPGA设计中扮演重要的角色。

本文将介绍FPGA设计中时钟的使用。

一、时钟的概念和应用时钟通常被定义为一个周期性的信号，在数字电路中用于同步各个电路元素的运行。

FPGA设计中，时钟是同步时序逻辑电路的核心，因为它是控制数字逻辑电路元素的节拍。

当时钟沿上升或下降到达某一特定的时刻时，整个系统将同步更新到该时刻。

在FPGA设计中时钟决定了操作的速度，这个速度主要取决于FPGA芯片本身的异步延迟，不受时钟频率控制。

可以通过增加时钟频率来提高FPGA系统的速度，但也会造成增加功耗和热量。

时钟频率是由同步电路的最慢电路决定的。

如果时钟频率超过了最慢的同步电路，就会出现数据丢失或不稳定的情况，因此时钟频率需要在同步电路的最慢电路范围内进行选择。

时钟的应用包括以下几个方面：1.同步器：时钟作为同步器，在FPGA的硬件代码中用于实现逻辑延迟。

2.复位电路：时钟也可以用于生成复位信号，当时钟初次上升到达时，复位电路可以将系统重置为已知的状态。

3.频率分频：时钟信号可以通过分频器降低频率。

可以将一个高速时钟信号分裂成几个低速时钟信号，用于驱动各自的模块。

4. 数据采样模块：数据采样模块要求适当的时钟方式和时钟控制。

二、时钟对FPGA设计中的影响FPGA设计中时钟的正确使用对整个设计非常重要。

时钟频率的选择直接影响到FPGA芯片工作的稳定性和可靠性。

时钟信号的漏掉、翻转或者缺失将会导致逻辑分支的错误，从而影响到整个系统的正常运行。

为了保证时钟的稳定和可靠，一般采用以下方法：1.时钟源选择：FPGA芯片的时钟源需要选择稳定、精确的时钟源。

基于FPGA的高精度同步时钟系统设计

ＣｈｅｎＰｕｊｉａｎｇ ’ ．ＧｏｎｇＧｕａｎｇｈｕａ ’ ’
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰａｒｔｉｃｌｅ＆
间戳交换的过程示意图如图１所示。
在很多大型物理实验和工业应用中，时钟同步技术都扮演着举足轻重的作用。比如在中国四川锦屏暗物质探测实验中，需要为多个独立探测装置提供相应的时间信
—
中的同步系统就是基于纯硬件实现的。
ＲａｄｉａｔｉｏｎＩｍａｇｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；３．ＴｓｉｎｇｈｕａＦｒｅｅｓｃａｌｅＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｉｍｅＰｒｏｔｏｃｏ１（ＰＴＰ）．Ａｌｏｗ－ｃｏｓｔａｎｄｈｉｇｈ — ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎＰＴＰ．Ａｌｌｔｈｅｍｏｄｕｌｅｓｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｏｃａｌｔｉｍｅｍｏｄｕｌｅ，ｔｉｍｅｐｒｏｔｏｃｏｌｍｏｄｕｌｅ，ｓｅｎｄｉｎｇｂｕｆｆｅｒｍｏｄｕｌｅ，ｒｅｃｅｉｖｉｎｇｂｕｆｆｅｒｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｉｍｅｓｔａｍｐｍｏｄｕｌｅ，ａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎＦＰＧＡ．Ｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｃａｎａｃｈｉｅｖｅｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｉｓｌｏｗｃｏｓｔｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｅａｓｙｔｏｅｘｔｅｎｄ，ｔｈｕｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｌｏｃａｌｎｅｔｗｏｒｋｃｌｏｃｋｓｙｎｅｈｒｏ—

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。

fpga闹钟工作原理

FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）闹钟是一种基于FPGA芯片设计和实现的数字时钟设备。

下面是FPGA闹钟的工作原理：
1.时钟信号输入：FPGA闹钟通常会接收一个外部的时钟信号作为参考，比如晶体振荡器
产生的脉冲信号。

2.时钟分频：利用FPGA内部的时钟分频电路，将外部时钟信号分频为更低频率的时钟信
号。

例如，将1秒的脉冲信号分频为每秒钟一个时钟周期。

3.时间计数器：FPGA闹钟内部有一个时间计数器，根据分频后的时钟信号递增来记录当
前的时间。

计数器可以具体设置为年、月、日、时、分、秒等各个时间单位的计数值。

4.按键输入检测：FPGA闹钟可能还包含按键输入检测电路，用于检测用户操作的按键输
入，比如调整时间、设置闹钟、关闭闹钟等。

5.显示与输出控制：FPGA闹钟通常配备显示模块，如数码管或液晶显示屏，用于显示当
前的时间。

根据时间计数器的值，将相应的数字或字符输出到显示模块上。

6.闹钟功能：FPGA闹钟还可以具备闹钟功能，通过用户设置的时间和闹钟触发条件，当
计数器达到设定的闹钟时间时，触发闹钟功能，如蜂鸣器发出提示音或显示闹钟图标。

7.其他功能：FPGA闹钟还可以具备其他附加功能，如温度显示、日历功能、定时器功能
等，这些功能可以根据具体需求进行设计和实现。

通过FPGA芯片的灵活性和可编程性，闹钟的功能和特性可以由设计者根据需要进行自定义和扩展。

因此，FPGA闹钟具有较高的定制性和可扩展性，适用于各种不同的应用场景。

基于FPGA的数字电子时钟设计

名目第一章绪论现代社会的标志之一确实是根基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开展的根底确实是根基微电子制造工艺水平的提高和电子产品设计开发技术的开展。

前者以微细加工技术为代表，而后者的代表确实是根基电子设计自动化〔electronicdesignautomatic,EDA〕技术。

本设计采纳的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、存放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是特不的ASIC芯片，与其它的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造本钞票低、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。

在操纵系统中，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。

因此，按键信息输进是与软件结构紧密相关的过程。

依据键盘结构的不同，采纳不同的编码方法，但不管有无编码以及采纳什么样的编码，最后都要转换成为相应的键值，以实现按键功能程序的转移。

[1]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，所有这些根基上以钟表数字化为根底的。

因此研究数字钟以及扩大其应用有着特不现实的意义。

1.1选题背景本节将从FPGA嵌进式应用开发技术与数字钟技术开展的客瞧实际动身，通过对该技术开展状况的了解及课题本身的需要，指出研究基于FPGA的芯片系统与设计——数字钟的设计与实现的必要性。

课题相关技术的开展当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向开展。

它与传统的电子产品在设计上的显着区不是大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗落低，同时广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。

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。

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：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的数字时钟设计毕业设计论文

摘要之阿布丰王创作本设计为一个多功能的数字时钟,具有时、分、秒计数显示功能,以24小时循环计数；具有校对功能. 本设计采纳EDA技术,以硬件描述语言Verilog HDL为系统逻辑描述语言设计文件,在QUARTUSII工具软件环境下,采纳自顶向下的设计方法,由各个基本模块共同构建了一个基于FPGA的数字钟.系统由时钟模块、控制模块、计时模块、数据译码模块、显示以及组成.经编译和仿真所设计的法式,在可编程逻辑器件上下载验证,本系统能够完成时、分、秒的分别显示,按键进行校准,整点报时,闹钟功能.关键词：数字时钟,硬件描述语言,Verilog HDL,FPGAAbstractThe design for a multi-functional digital clock, with hours, minutes and seconds count display to a 24-hour cycle count; have proof functions function. The use of EDA design technology, hardware-description language VHDL description logic means for the system design documents, in QUAETUSII tools environment, a top-down design, by the various modules together build a FPGA-based digital clock. The main system make up of the clock module, control module, time module, data decoding module, display and broadcast module. After compiling the design and simulation procedures, the programmable logic device to download verification, the system can complete the hours, minutes and seconds respectively, using keys to cleared , to calibrating time. And on time alarm and clock for digital clock.Keywords：digital clock,hardware description language,Verilog HDL,FPGA目录第一章绪论1.1.选题意义与研究现状在这个时间就是金钱的年代里,数字电子钟已成为人们生活中的必需品.目前应用的数字钟不单可以实现对年、月、日、时、分、秒的数字显示,还能实现对电子钟所在地址的温度显示和智能闹钟功能,广泛应用于车站、医院、机场、码头、茅厕等公共场所的时间显示.随着现场可编程门阵列( field program-mable gate array ,FPGA) 的呈现,电子系统向集成化、年夜规模和高速度等方向发展的趋势更加明显, 作为可编程的集成度较高的ASIC,可在芯片级实现任意数字逻辑电路,从而可以简化硬件电路,提高系统工作速度,缩短产物研发周期.故利用 FPGA这一新的技术手段来研究电子钟有重要的现实意义.设计采纳FPGA现场可编程技术,运用自顶向下的设计思想设计电子钟.防止了硬件电路的焊接与调试,而且由于FPGA的 I /O 端口丰富,内部逻辑可随意更改,使得数字电子钟的实现较为方便.本课题使用Cyclone EP1C6Q240的FPGA器件,完成实现一个可以计时的数字时钟.该系统具有显示时、分、秒,智能闹钟,按键实现校准时钟,整点报时等功能.满足人们获得精确时间以及时间提醒的需求,方便人们生活.1.2.国内外研究及趋势随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,对时间的要求越来越高,精准数字计时的消费需求也是越来越多.二十一世纪的今天,最具代表性的计时产物就是电子时钟,它是近代世界钟表业界的第三次革命.第一次是摆和摆轮游丝的发明,相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级,代表性的产物就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表.第二次革命是石英晶体振荡器的应用,发明了走时精度更高的石英电子钟表,使钟表的走时月差从分级缩小到秒级.第三次革命就是单片机数码计时技术的应用,使计时产物的走时日差从分级缩小到1/600万秒,从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式,直观明了,并增加了全自动日期、星期的显示功能,它更符合消费者的生活需求！因此,电子时钟的呈现带来了钟表计时业界跨跃性的进步.我国生产的电子时钟有很多种,总体上来说以研究多功能电子时钟为主,使电子时钟除原有的显示时间基本功能外,还具有闹铃,报警等功能.商家生产的电子时钟更从质量,价格,实用上考虑,不竭的改进电子时钟的设计,使其更加的具有市场.1.3.论文结构第一章详细论述了近些年来,数字化时钟系统研究领域的静态及整个数字化时钟系统的发展状况,同时分析了所面临的问题与解决方案,从而提出了本论文的研究任务.第二章从研究任务着手,选择符合设计要求的经常使用芯片及其它元器件,详细论述了各接口电路的设计与连接,以模块化的形式,整合数字化时钟硬件的设计从小到年夜,从局部到整体,循序渐进,最终实现一个功能齐全的数字化时钟系统.第三章根据系统设计要求,着手对数字化时钟系统软件进行功能的实现,将各功能模块有机结合,实现时钟走时,实现闹铃、整点报时附加功能.第四章依照设计思路,在联机调试过程中,对时钟系统的缺乏和缺点进行分析,将调试过程作重点的记录.第五章对全文的总结,对本系统功能实现以及制作过程中需要注意的方面,及整个系统软件编写中所吸取的经验教训进行论述,同时,也对整个研究应用进行展望.第二章编程软件及语言介绍2.1Quarters II编程环境介绍运行环境设计采纳quartus II软件实现,因此针对软件需要用到的一些功能在这里进行描述.Quartus II软件界面简单易把持,如下图2.1:图2.1Quartus II软件界面图2.1.1菜单栏1)【File】菜单Quartus II的【 File】菜单除具有文件管理的功能外,还有许多其他选项图2.2Quartus II菜单栏图（1）【New 】选项：新建工程或文件,其下还有子菜单【New Quartus II Project】选项：新建工程.【Design File】选项：新建设计文件,经常使用的有：AHDL文本文件、VHDL文本文件、Verilog HDL文本文件、原理图文件等.【Vector Waveform Five】选项：矢量波形文件.（2）【Open】选项：翻开一个文件.（3）【New Project Wizard 】选项：创立新工程.点击后弹出对话框.单击对话框最上第一栏右侧的“…”按钮,找到文件夹已存盘的文件,再单击翻开按钮,既呈现如图所示的设置情况.对话框中第一行暗示工程所在的工作库文件夹,第二行暗示此项工程的工程名,第三行暗示顶层文件的实体名,一般与工程名相同.图2.3Quartus II新建工程图（4）【creat /update】选项:生成元件符号.可以将设计的电路封装成一个元件符号,供以后在原理图编纂器下进行条理设计时调用.2)【View】菜单：进行全屏显示或对窗口进行切换,包括条理窗口、状态窗口、消息窗口等.图2.4Quartus II菜单栏全屏切换图3)【Assignments】菜单（1）【Device】选项：为以后设计选择器件.（2）【Pin】选项：为以后条理树的一个或多个逻辑功能块分配芯片引脚或芯片内的位置.（3）【Timing Ananlysis Setting】选项：为以后设计的 tpd、tco、tsu、fmax 等时间参数设按时序要求.（4）【EDA tool setting】选项：EDA 设置工具.使用此工具可以对工程进行综合、仿真、时序分析,等等.EDA 设置工具属于第三方工具.（5）【Setting】选项：设置控制.可以使用它对工程、文件、参数等进行修改,还可以设置编译器、仿真器、时序分析、功耗分析等.（6）【assignment editor】选项：任务编纂器.（7）【pin planner 】选项：可以使用它将所设计电路的 I/O 引脚合理的分配到已设定器件的引脚上.图2.5Quartus II菜单栏设定引脚下拉图4)【processing】菜单【processing】菜单的功能是对所设计的电路进行编译和检查设计的正确性. （1）【Stop process】选项：停止编译设计项目.（2）【Start Compilation】选项：开始完全编译过程,这里包括分析与综合、适配、装配文件、按时分析、网表文件提取等过程.（3）【analyze current file】选项：分析以后的设计文件,主要是对以后设计文件的语法、语序进行检查.（4）【compilation report】选项：适配信息陈说,通过它可以检查详细的适配信息,包括设置和适配结果等.（5）【start simulation】选项：开始功能仿真.（6）【simulation report】选项：生胜利能仿真陈说.（7）【compiler tool】选项：它是一个编译工具,可以有选择对项目中的各个文件进行分别编译.（8）【simulation tool】选项：对编译过电路进行功能仿真和时序仿真. （9）【classic timing analyzer tool】选项：classic时序仿真工具.（10）【powerplay power analyzer tool】选项：PowerPlay 功耗分析工具.图2.6Quartus II菜单栏运行下拉图5)【tools】菜单【tools 】菜单的功能是（1）【run EDA simulation tool 】选项：运行EDA仿真工具,EDA是第三方仿真工具.（2）【run EDA timing analyzer tool 】选项：运行EDA时序分析工具,EDA 是第三方仿真工具.（3）【Programmer 】选项：翻开编程器窗口,以便对Altera 的器件进行下载编程.图2.7Quartus II仿真菜单下拉图2.1.2工具栏工具栏紧邻菜单栏下方,它其实是各菜单功能的快捷按钮组合区.2.8Quartus II菜单栏图图2.9Quartus II菜单栏按键功能图2.1.3功能仿真流程1、新建仿真文件图2.10Quartus II菜单栏新建文件夹图2、功能方正把持在菜单上点processing在下拉菜单中,如下图：图2.11Quartus II菜单栏processing下拉图2.2Verilog HDL语言介2.2.1什么是verilog HDL语言Verilog HDL是一种硬件描述语言,用于从算法级、门级到开关级的多种笼统设计条理的数字系统建模.被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门和完整的电子数字系统之间.数字系统能够按条理描述,并可在相同描述中显式地进行时序建模.Verilog HDL 语言具有下述描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包括响应监控和设计验证方面的时延和波形发生机制.所有这些都使用同一种建模语言.另外,Verilog HDL语言提供了编程语言接口,通过该接口可以在模拟、验证期间从设计外部访问设计,包括模拟的具体控制和运行.Verilog HDL语言不单界说了语法,而且对每个语法结构都界说了清晰的模拟、仿真语义.因此,用这种语言编写的模型能够使用Ve rilog仿真器进行验证.语言从C编程语言中继承了多种把持符和结构.Verilog HDL提供了扩展的建模能力,其中许多扩展最初很难理解.可是,Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用,这对年夜大都建模应用来说已经足够.固然,完整的硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述.2.2.2主要功能下面列出的是Verilog硬件描述语言的主要能力：●基本逻辑门,例如and、or和nan d等都内置在语言中.●用户界说原语（UP）创立的灵活性.用户界说的原语既可以是组合逻辑原语,也可以是时序逻辑原语.●开关级基本结构模型,例如pmos和nmos等也被内置在语言中.●提供显式语言结构指定设计中的端口到端口的时延及路径时延和设计的时序检查.●可采纳三种分歧方式或混合方式对设计建模.这些方式包括：行为描述方式—使用过程化结构建模；数据流方式—使用连续赋值语句方式建模；结构化方式—使用门和模块实例语句描述建模.●Verilog HDL中有两类数据类型：线网数据类型和寄存器数据类型.线网类型暗示构件间的物理连线,而寄存器类型暗示笼统的数据存储元件.●能够描述条理设计,可使用模块实例结构描述任何条理.●设计的规模可以是任意的；语言分歧毛病设计的规模（年夜小）施加任何限制.●Verilog HDL不再是某些公司的专有语言而是IEEE标准.●人和机器都可阅读Verilog语言,因此它可作为EDA的工具和设计者之间的交互语言.●Verilog HDL语言的描述能力能够通过使用编程语言接口（PLI）机制进一步扩展.PLI是允许外部函数访问Verilog模块内信息、允许设计者与模拟器交互的例程集合.●设计能够在多个条理上加以描述,从开关级、门级、寄存器传送级（RTL）到算法级,包括进程和队列级.●能够使用内置开关级原语在开关级对设计完整建模.●同一语言可用于生成模拟激励和指定测试的验证约束条件,例如输入值的指定.●Verilog HDL能够监控模拟验证的执行,即模拟验证执行过程中设计的值能够被监控和显示.这些值也能够用于与期望值比力,在不匹配的情况下,打印陈说消息.●在行为级描述中,Verilog HDL不单能够在RTL级上进行设计描述,而且能够在体系结构级描述及其算法级行为上进行设计描述.●能够使用门和模块实例化语句在结构级进行结构描述.●如图显示了Verilog HDL的混合方式建模能力,即在一个设计中每个模块均可以在分歧设计条理上建模.●Verilog HDL还具有内置逻辑函数,例如&（按位与）和|（按位或）.●对高级编程语言结构,例如条件语句、情况语句和循环语句,语言中都可以使用.●可以显式地对并发和按时进行建模.●提供强有力的文件读写能力.●语言在特定情况下是非确定性的,即在分歧的模拟器上模型可以发生分歧的结果；例如,事件队列上的事件顺序在标准中没有界说.图2.12混合设计条理图第三章数字化时钟系统硬件设计3.1系统核心板电路分析本系统采纳的开发平台标配的核心板是QuickSOPC,可以实现EDA、SOP 和DSP的实验及研发.本系统采纳QuickSOPC标准配置为Altera公司的EP1C6Q240C8芯片.（1）核心板的硬件资源核心板采纳4层板精心设计,采纳120针接口.QuickSOPC核心板的硬件原图3.1QuickSOPC硬件方块图（2）FPGA电路核心板QuickSOPC上所用的FPGA为Altera公司Cyclone系列的EP1C6Q240.EP1C6Q240包括有5980个逻辑单位和92Kbit的片上RAM.EP1C6Q240有185个用户I/O口,封装为240-Pin PQFP.核心板EP1C6Q240器件特性如表2-1.表3-1核心EP1C6Q240器件特性：特性核心板EP1C6Q240器件逻辑单位（LE）5980M4K RAM 块20RAM总量（bit）92160PLL(个) 2185最年夜用户I/O数（个）1167216配置二进制文件（.rbf）年夜小（bit）可选串行主动配置器件EPCS1/ EPCS4/ EPCS16（3）配置电路Cyclone FPGA的配置方式包括：主动配置模式、主动配置模式以及JTAG配置模式.本系统采纳的是JTAG配置模式下载配置数据到FPGA.通过JTAG结果,利用Quartus II软件可以直接对FPGA进行独自的硬件重新配置.Quartus II软件在编译时会自动生成用于JTAG配置的.sof文件.Cyclone FPGA设计成的JTAG指令比其他任何器件把持模式的优先级都高,因此JTAG配置可随时进行而不用等候其他配置模式完成.JTAG模式使用4个专门的信号引脚：TDI、TDO、TMS以及TCK.JTAG的3个输入脚TDI、TMS 和TCK具有内部弱上拉,上拉电阻年夜约为25kΩ.在JGTA进行配置的时候,所有用户I/O扣都为高阻态.（4）时钟电路FPGA内部没振荡电路,使用有源晶振是比力理想的选择.EP1C6Q240C8的输入的时钟频率范围为15.625~387MHz,经过内部的PLL电路后可输出15.625~275MHz的系统时钟.当输入时钟频率较低时,可以使用FPGA的内部PLL 调整FPGA所需的系统时钟,使系统运行速度更快.核心板包括一个48MHz的有源晶振作为系统的时钟源.如图2-2所示.为了获得一个稳定、精确的时钟频率,有源晶振的供电电源经过了LC滤波.本系统硬件整体设计框图如图2-3所示：图3.2数字时钟系统硬件电路总体框图3.2系统主板电路分析3.2.1时钟模块电路FPGA内部没振荡电路,使用有源晶振是比力理想的选择.EP1C6Q240C8的输入的时钟频率范围为15.625~387MHz,经过内部的PLL电路后可输出15.625~275MHz的系统时钟.当输入时钟频率较低时,可以使用FPGA的内部PLL 调整FPGA所需的系统时钟,使系统运行速度更快.核心板包括一个50MHz的有源晶振作为系统的时钟源.为了获得一个稳定、精确的时钟频率,有源晶振的供电电源经过了LC滤波.图3.3系统时钟电路图3.2.2显示电路由于本设计需要显示时间信息包括：时、分、秒,显所以采纳主板上七段数码管显示电路与系统连接实现显示模块的功能.主板上七段数码管显示电路如图2-4 所示,RP4和 RP6 是段码上的限流电阻,位码由于电流较年夜,采纳了三极管驱动.图3.4七段数码管显示电路图数码管 LED显示是工程项目中使用较广的一种输出显示器件.罕见的数管有共阴和共阳 2 种.共阴数码管是将 8 个发光二极管的阴极连接在一起作为公共端,而共阳数码管是将 8 个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端.公共端常被称作位码,而将其他的 8 位称作段码.如图 2-5所示为共阳数码管及其电路,数码管有 8 个段分别为：h、g、f、e、d、c、b 和a（h 为小数点） ,只要公共端为高电平“1” ,某个段输出低电平“0”则相应的段就亮.图3.5七段数码管显示电路图从电路可以看出,数码管是共阳的,当位码驱动信号为 0时,对应的数码管才华把持；当段码驱动信号为 0 时,对应的段码点亮.3.2.3键盘控制电路键盘控制电路要实现时钟系统调时的功能和闹铃开关的功能.本设计采纳主板上的自力键盘来实现这两个功能.当键盘被按下是为“0”,未被按下是为“1”.电路连接图如图2-6所示.电路中为了防止FPGA的I/O设为输出且为高电平在按键下直接对地短路,电阻RP9、RP10对此都能起到呵护作用.图3.6 键盘电路图3.2.4蜂鸣电路设计如图2-7所示,蜂鸣器使用 PNP三极管进行驱动控制,蜂鸣器使用的是交流蜂鸣器.当在BEEP输入一定频率的脉冲时,蜂鸣器蜂鸣,改变输入频率可以改变蜂鸣器的响声.因此可以利用一个PWM 来控制BEEP,通过改变PWM 的频率来获得分歧的声响,也可以用来播放音乐.若把 JP7断开,Q4 截止,蜂鸣器停止蜂鸣.图3.7蜂鸣电路图第四章数字化时钟系统软件设计4.1整体方案介绍4.1.1整体设计描述设计中的数字时钟,带有按键校准,定点报时,数码管显示等功能.因此数字时钟所包括的模块可分为,分频模块,按键模块,计时校准模块,闹钟模块,LED显示模块,模块之间的关系下图：图4.1整体模块框图针对框图流程,设定出各个模块的需求：1、分频电路：针对计时器模块与闹钟设定模块的需求,可以知道分频模块需要生成一个1Hz的频率信号,确保计时模块可以正常计数.2、计时器模块：计数模块的作用是收到分频模块1Hz频率的信号线,能进行正确计时,而且可以通过按键进行时间的修改,且当整点时,给蜂鸣器发生使能信号,进行整点报时,播放音乐.3、闹钟设定模块：可根据按键的设定闹钟的时间,当计时模块的时间与闹钟设定模块的时间相等的时候,给蜂鸣器一个使能信号,蜂鸣器闹铃..4、蜂鸣器模块：根据计时模块,闹钟模块给出的使能信号,判定蜂鸣器是整点报时,还是闹钟响铃.整点报时会播放音乐,闹钟时嘀嘀嘀报警.5、LED显示模块：根据实际的需求显示计时模块的时间,还是闹钟设定模块的时间,8个七段码LED数码管,进行扫描方式显示数据.4.1.2整体信号界说对整个模块进行信号界说.接口及寄存器界说module clock(clk,key,dig,seg,beep);// 模块名 clockinput clk; // 输入时钟input [4:0] key; //输入按键,key[3:0]分别为秒,分钟,小时的增加按键.Key[4]为闹钟设置按键,key[5]为校准设置按键.output [7:0] dig; // 数码管选择输出引脚 aoutput [7:0] seg; // 数码管段输出引脚output beep; //蜂鸣器输出端reg [7:0] seg_r = 8'h0; //界说数码管输出寄存器reg [7:0] dig_r; //界说数码管选择输出寄存器reg [3:0] disp_dat; // 界说显示数据寄存器reg [8:0] count1; //界说计数寄存器reg [14:0] count; //界说计数中间寄存器reg [23:0] hour = 24'h235956; // 界说现在时刻寄存器reg [23:0] clktime = 24'h000000; //界说设定闹钟reg [1:0] keyen = 2'b11; // 界说标识表记标帜位reg [4:0] dout1 = 5'b11111;reg [4:0] dout2 = 5'b11111;reg [4:0] dout3 = 5'b11111; // 寄存器wire [4:0] key_done; // 按键消抖输出reg [15:0] beep_count = 16'h0; //蜂鸣器寄存器reg [15:0] beep_count_end = 16'hffff; //蜂鸣器截止寄存器reg clktime_en = 1'b1; //闹钟使能寄存器reg sec ; //1秒时钟reg clk1; //1ms时钟reg beep_r; //寄存器wire beepen; //闹钟使能信号4.1.3模块框图通过quartus II的creat symble for current file功能生成框图如下：图4.2生成的符号图分频模块实现,计数电路所需时钟信号为1HZ,而系统时钟为48MHZ,所以要对系统时钟进行分频以来满足电路的需要.4.2分频模块实现4.2.1分频模块描述对分频模块,关键是生成个1Hz的时钟信号.考虑到仿真的需要,模块中间生成1个1kHz的时钟信号.1Hz的信号的发生用来发生时钟的秒脉冲,框图如下图4.2：图4.3分频模块图4.2.2分频模块设计本系统法式设计时钟的准确与否主要取决于秒脉冲的精确度.为了保证计时准确,我们对系统时钟48MHz进行了48000分频生成1kHz信号clk1,在通过1kHz信号,生成1Hz信号clk.//1ms信号发生部份always @(posedge clk) // 界说 clock 上升沿触发begincount = count + 1'b1;if(count == 15'd24000) //0.5mS到了吗？begincount = 15'd0; //计数器清零clk1 = ~clk1; //置位秒标识表记标帜endend//秒信号发生部份always @(posedge clk1) // 界说 clock 上升沿触发begincount1 = count1 + 1'b1;if(count1 == 9'd500) //0.5S到了吗？begincount1 = 9'd0; //计数器清零sec = ~sec; //置位秒标识表记标帜endEnd4.2.3分频模块仿真通过设置功能仿真,检查代码的正确性5仿真结果图4.4分频模块波形仿真图右上图可以知道,计数寄存器count累加到23999时,重新酿成0,共计数了24000个值.触发clk1跳变,使得count1加一,count1累加到499的时候,下一个数据为0,共技术500个值.所以,sec信号的频率为1Hz,满足设计要求.5.1计时模块实现5.1.1计时模块描述与实现计时模块是采纳16进制来实现的,将hour[23,0]界说为其时分秒,其中hour[3,0]为其秒钟上的个位数值,hour[4,7]为其秒钟上的十位数值,以此类推分钟、时钟的个位和十位.当clk脉冲过来时,秒个位hour[3,0]便开始加1,当加到9时,秒十位加1,与此同时秒个位清零,继续加1.当秒十位hour[7,4]为5秒个位为9时（即59秒）,分个位hour[11,8]加1,与此同时秒个位和秒十位都清零.以此类推,当分十位hour[15,12]为5和分个位为9时（即59分）,时个位加1,与此同时分个位hour[19,16]和分十位都清零.那时分十位[23,20]为2和分个位为4,全部清零,开始重新计时.从功能上讲分别为模60计数器,模60计数器和模24计数器.//时间计算及校准部份always @(negedge sec)//计时处置beginhour[3:0] = hour[3:0] + 1'b1;//秒加 1if(hour[3:0] >= 4'ha)//加到10,复位beginhour[3:0] = 4'h0;hour[7:4] = hour[7:4] + 1'b1;// 秒的十位加一if(hour[7:4] >= 4'h6)//加到6,复位beginhour[7:4] = 4'h0;hour[11:8] = hour[11:8] + 1'b1;//分个位加一if(hour[11:8] >= 4'ha)//加到10,复位beginhour[11:8] = 4'h0;hour[15:12] = hour[15:12] + 1'b1;//分十位加一if(hour[15:12] >= 4'h6)//加到6,复位beginhour[15:12] = 4'h0;hour[19:16] = hour[19:16] + 1'b1;//时个位加一if(hour[19:16] >= 4'ha)//加到10,复位beginhour[19:16] = 4'h0;hour[23:20] = hour[23:20] + 1'b1;//时十位加一endif(hour[23:16] >= 8'h24)//加到24,复位hour[23:16] = 8'h0;endendendendendend5.1.2计时模块仿真对计时模块进行仿真,记录仿真波形图4.5计时模块仿真图由上图可见,当sec信号下降沿跳变时,hour寄出去会加1,也就相当于跳了一秒钟时间.当hour的时间为235959是,下一个计数器的值为000000,hour寄存器归零,相当于三更0点的时刻.仿真的结果达到预期,通过.5.2按键处置模块实现5.2.1按键处置模块描述框图如下图4.4：图4.6按键控制功能图模块讲计时部份和时间调整部份整合到一起,正常态的时候,时间正常运行,当key[5]被按下时,进入时间校准,可以通过key[2:0]三个键,分别对秒,分,时进行加1把持,从而进行时间校准.当key[3]被按下时,进入闹钟设定,可以通过key[2:0]三个键,分别对秒,分,时进行加1把持,从而进行闹钟的设定.图4.7按键模块仿真图通过按键key进行仿真控制,可以发现clktime会随着按键的按下,分别有时钟,分钟秒钟加1,仿真结果满足设计要求.5.2.2按键去抖处置模块设计按键模块实现去抖处置,及乒乓按键设计,确保后面的计时模块与闹钟模块的功能实现.assign key_done = key|dout3; // 按键消抖输出always @(posedge count1[5]) //按键去噪声begindout1 <= key;dout2 <= dout1;dout3 <= dout2; //连续赋值endalways @(negedge key_done[4])beginkeyen[1] = ~keyen[1]; //校准按键转换乒乓按键endalways @(negedge key_done[3])beginkeyen[0] = ~keyen[0]; //按时按键转换乒乓按键End5.2.3按键模块去抖仿真对按键去颤动仿真,同样才用功能仿真方式,这里不再重复设置与把持,如同上面的分频模块进行设置并进行仿真.Key寄存器为输入按键,初始化电路为高电平,当有按键按下去的时候,酿成低电平.因此改变key的值,观察仿真结果是否正确.功能仿真,记录仿真结果,如下图：图4.8按键模块仿真图通过上图可以知道,key_done会随着key的变动而发生相应的变动,并有消除噪声的作用,功能仿真正确,达到设计目的.5.3闹钟模块实现5.3.1闹钟模块设计本设计中,判断闹铃时间到,是通过判按时钟系统实时时间的时钟与分钟是否分别即是设定的闹铃时间的时钟、分钟、秒钟.那时间（hour[23:0]）即是设定的闹钟时间（clktime[23:0]）时,闹钟触发时,播放嘀嘀嘀报警声,闹钟会响10秒的时间(clktime[23:0]+10 >=hour[23:0]).正常情况下,闹铃时间到会进行为时1分钟的蜂鸣报时,可以通过按下闹钟按键key[3]使其停止.当闹铃设置为整点是,会先进行整点报时,然后进入闹铃.图4.9闹钟控制键功能图5.3.2闹钟设定模块仿真图4.10闹钟模块仿真图通过按键key进行仿真控制,可以发现clktime会随着按键的按下,分别有时钟,分钟秒钟加1,仿真结果满足设计要求.5.4蜂鸣器模块实现5.4.1蜂鸣器模块描述蜂鸣器模块负责整点报时,和闹铃的时候进行作声的作用.整点报时的时候,播放音乐,10秒音乐播报完后停止整点报时.闹钟触发时,播放嘀嘀嘀报警声.当闹铃设置为整点是,会先进行整点报时,然后进入闹铃.当闹钟设定键被按下,响起的蜂鸣声会被屏蔽.模块框图如下图4.9：5.4.2蜂鸣器模块实现//蜂鸣器的计数按时器always@(posedge clk)。