基于EDA技术的数字时钟设计

电子系统课程设计任务书

设计题目：基于EDA技术的数字时钟设计

设计目的：课程设计是一种复杂的学习实践过程。设计过程采用系统设计的方法，先分析任务，得到系统设计的要求，然后进行总体设计，划分子系统模块，然后进行详细设计，编写各个功能子系统VHDL代码并进行功能仿真，最后进行整个系统总装并仿真。

设计内容：设计一个采用0.5英寸LED数码管显示的数字时钟系统，工作电源5V，它采用24小时制，具有“时”、“分”、“秒”显示，并且可以校正时间显示。

设计要求:

1.由石英晶体多谐振荡器20MHz和分频器产生1Hz标准秒脉冲；（说

明:EDA试验箱中晶振频率20MHz，经试验箱内一系列二分频可将频率降低，但无法直接产生1Hz信号，需要大家根据实际情况编制分频器得到1Hz信号）；

2.秒电路、分电路均为60进制计数，时电路为24进制计数；

3.数码管采用动态扫描方式；

4.能动手校时，校时模块功能可以自由发挥。比如可用两个按钮实

现校时，A按钮控制调整项目，B按钮调整数字，B按钮还可以根据按下时间长短实现慢调、快调功能。也可以用三个按钮实现增减两个方向的手动校时。校时用按钮开关不能超过4个；

5.扩展内容：1）进入校时状态后，被调整数字以2Hz闪烁；

2）24/12小时可调，处于12小时制时，要有AM/PM

显示；

3）所有开关加入防抖设计；

4）加入检测外部环境亮度功能，夜间自动降低数码管显示亮度；

5）加入整点报时电路；

6）增加秒表功能；

7）增加报闹功能。

6.以上电路功能除外部环境亮度检测电路外均由VHDL代码实现层次式设计，顶层电路可以采用EDA电路图。

设计成果：

1.课程设计说明书，要求内容完整，图表完备，条理清楚，字迹工

整，程序完整有相应的注解，仿真波形设计合理有必要的分析，引用资料要注明出处。

2.顶层电路原理图，各层电路VHDL代码及仿真波形。

设计说明书目录

一、前言

二、任务分析和方案设计

三、外部输入输出要求

四、内部各功能模块

1）分频模块

2) 秒计数模块SECOND

3) 分计数模块MINUTE

4）时计数模块HOUR

5）整点报时功能模块ALERT

6）扫描模块SELTIME

7）译码显示功能模块DISPLAY

8)按键防抖模块KEY

五、系统顶层设计图

六、各模块块程序

七、心得体会

参考文献

基于EDA技术的数字时钟设计

一．前言

EDA简介

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA 软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。

二．任务分析和方案设计

根据设计内容与要求知，本系统由分频模块（20MHz变为

1Hz）、秒计数模块（六十进制）、分计数模块（六十进制）、时计数模块（二十四进制）、时间数据扫描分时选择模块和8421BCD 到7段码的译码模块，再加上一个整点报时模块和按键防抖模块作为发挥部分。

设计框图

三、外部输入输出要求

1.输入接口代表清零，调时，调分信号RESET、SETHOUR、SETMIN 的引脚分别接高电平、KEY1、KEY2；代表计数时钟信号CLK和扫描时钟信号CLKDSP的引脚分别同１HZ时钟源和200HZ（或更高）时钟源相连。

２.输出接口代表扫描显示驱动信号SEL[2..0]连到SEL2、SEL1、SEL0端，段码信号输出abcdefg连接到7段数码管的段码插口abcdefg端，小数点DP输出端同7段数码管的段码插口DP 相连；代表扬声器驱动信号的引脚SPEAKER同扬声器驱动接口SPEAKER相连；代表花样LED灯显示的信号引脚LAMP[2..0]同3个LED灯相连。

四、内部各功能模块：

1）FREQ分频模块：

整点报时用的200Hz与时钟用的1Hz的脉冲信号，这里的输入信号是20MHz信号，所以要设计两个分频器，将20MHz变为1Hz、200Hz。程序见后面。例图为1000分频，输入为5MHz，输出为5KHz.

2）秒计数模块SECOND：

60进制，带有进位和清零功能的，输入为1Hz脉冲和高电平有效的清零信号RESET。程序见后面。

3）分计数模块MINUTE

60进制，带有进位和置数功能的，输入为1Hz脉冲和高电平有效的使能信号EN。程序见后面。

4）时计数模块HOUR：

24进制，输入为1Hz脉冲和高电平有效的使能信号EN。程序见后面。

5）整点报时功能模块ALERT：

输入为分／秒信号，输出为SPEAK信号。程序见后面。

6）扫描模块SELTIME：

输入为秒、分、时、扫描时钟CLK1，输出为DP和显示控制信号SEL。程序见后面。

7）译码显示功能模块DISPLAY：

输入为NUM，输出为LED。程序见后面。

8)按键防抖模块KEY

输入为按键信号和20MHz的时钟信号，输出为CK信号。程序见后面。

五、系统顶层设计图