基于FPGA的时间数字转换器设计_学士学位论文
基于FPGA的数字时钟设计毕业论文论文正稿
（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、定时分析、网表文件提取等过程。
（3）【analyze current file】选项：分析当前的设计文件，主要是对当前设计文
件的语法、语序进行检查。
（4）【compilation report】选项：适配信息报告，通过它可以查看详细的适配信
Verilog HDL语言不仅定义了语法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、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操作符和结构。
Verilog HDL提供了扩展的建模能力，其中许多扩展最初很难理解。但是，VerilogHDL语言的核心子集非常易于学习和使用，这对大多数建模应用来说已经足够。当然,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。
第四章按照设计思路，在联机调试过程中，对时钟系统的不足和缺点进行分析，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。
(完整版)基于FPGA的电子时钟毕业设计论文
Civil Aviation University of China电子技术应用设计报告基于FPGA的电子时钟设计专业：通信工程学号： xxxxxxx学生姓名： xxx 所属学院：电信学院任课教师： xxx摘要本设计采用EDA技术，采用原理图和硬件描述语言VHDL混合编程设计时钟逻辑系统，在QuartusII5.0工具软件环境下，采用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的电子时钟。
本时钟系统主芯片采用EP1C6Q240C8N，具有显示时间、日期、时间及日期校准、整点报时、定时闹钟等功能。
其中时间采用24小时循环计数，日期计数器具有闰年、月大、月小的判断并准确计数功能。
通过按键控制可以实现：日期和时间的切换显示、日期和时间的校准、闹钟的开关控制。
关键词：FPGA；电子时钟；原理图；VHDL语言；AbstractIn my design EDA technology is used, and I designed the clock logic system by means of schematic and VHDL language. Under QuartusII5.0 Tools software environment, I used the top-down design methodology, where various basic modules work together to build a FPGA-based electronic clock.The main chip of the clock system is EP1C6Q240C8N, which of time display, date display, time and date calibration, the whole point of time, andregular alarm clock. Furthermore, 24- are designed. What we can achievethrough the control buttons are as follows: switching the display of date andtime, calibration of date and time, and the alarm switch control.Keywords: FPGA; electronic clock; schematic; VHDL language;目录电子技术应用设计报告 .....................................................................................................................基于FPGA的电子时钟设计 ...............................................................................................................摘要................................................................................................................................................... Abstract .............................................................................................................................................基于FPGA的电子时钟设计 ...............................................................................................................1.FPGA介绍 ...............................................................................................................................2．电子时钟的设计方案 ............................................................................................................2.1时钟系统整体介绍 ........................................................................................................2.2分频器...........................................................................................................................2.3时间计数模块................................................................................................................2.4日期计数模块................................................................................................................2.5译码器模块 ...................................................................................................................2.6显示模块 .......................................................................................................................2.7校时模块 .......................................................................................................................2.8闹钟模块 ......................................................................................................................3实习总结 ................................................................................................................................3.1本系统的优点...............................................................................................................3.2本系统的不足...............................................................................................................3.3想实现却又没实现的功能 ............................................................................................附录1：分频器..................................................................................................................附录2：时间计数器 ..........................................................................................................附录3：日期计数器 ..........................................................................................................附录4：译码器程序 ..........................................................................................................基于FPGA的电子时钟设计1.FPGA介绍FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
毕业设计论文：基于FPGA的数字时钟设计
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
2.1
运行环境设计采用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.
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用使计时产品的走时日差从分级缩小到1600万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
基于FPGA的数字时钟设计
第一章
1.1.
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仅可以实现对年、月、日、时、分、秒的数字显示，还能实现对电子钟所在地点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、厕所等公共场所的时间显示。
在行为级描述中，Verilog HDL不仅能够在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不同设计层次上建模。
Verilog HDL还具有内置逻辑函数，例如&（按位与）和|（按位或）。
设计能够在多个层次上加以描述，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较，在不匹配的情况下，打印报告消息。
基于FPGA的计时器设计(最终)
本科毕业设计（论文）基于FPGA的计时器的设计学院自动化学院专业电子信息科学与技术年级班别2009级(1)班学号3109001158学生姓名刘健忠指导教师谭北海2013年4月基于F P G A 的计时器设计刘健忠自动化学院摘要随着电子设计自动化技术和可编程逻辑器件的出现和飞速发展，在设计周期得到大大的缩短的同时系统成本也有了大幅度的降低，显然标准逻辑器件的组装已远不能满足这方面的要求。
而Verilog HDL能提供高阶电路描述语言的方式，让复杂的电路可以通过Verilog HDL编辑器的电路合成方式，轻易而且快速的达到设计的规格。
由于Verilog HDL电路描述语言能涵盖的范围相当广，能适用于各种不同阶层的设计工程师的需要，所以Verilog HDL电路设计毫无疑问的成为硬件设计工程师的必备工具。
本系统是用Verilog编写的基于Altera DE2的电话计费器。
该设计采用了现场可编程逻辑器件FPGA设计，并基于硬件描述语言Verilog HDL在Altera公司的Quartus Ⅱ软件上实现仿真。
根据电话局反馈回来的信号，此信号是提前预设的，数码管显示通话类型、用户余额以及通话时长（包括秒数和分钟数）。
根据每种通话类型的计费价格不同，当系统所设置的余额数不够，用户将无法拨通电话，当用户余额小于指定金额时，系统发出警告信号，提醒用户。
当告警时间过长（超过1分钟）时自动切断通话信号。
当用户结束通话，系统清零。
关键词：Verilog ，FPGA，通话信号，计时器AbstractWith the rapid development of electronic design automation technology and programmable logic devices which greatly shorten the design period and reduced the cost of the system at the same time. Apparently, the assembly of standard logic devices can not meet the requirements in this regard. Verilog HDL can provide high-level circuit description language, which allows complex circuit by the Verilog HDL Editor circuit synthesis method as well by meeting the design specification appropriately. Verilog HDL circuit description language covers a very wide range,which can be applied to a variety of different sectors of the needs of design engineers, the circuit design of Verilog HDL without a doubt to become an essential tool for hardware design engineers.The system is based on Altera DE2 written by Verilog phone devices. It is used by Field Programmable Gate Array FPGA based on Verilog HDL hardware description language to design and Altera's Quartus Ⅱin software for emulation. According to the feedback of the telephone office back signal which is actually pre-designed, digital pipe display type, user balance and phone call duration (including the number of seconds or minutes). Depending on the billing price of each call type is different,when a began to balance the set is not enough, the user will not be able to dial the phone, and when the balance is less than the specified money, issuing a warning signal system, reminding to users. When the alarm time is too long (more than 1 minutes), the conversation signal will be automatically cut off . When the user end the call, the system will be reseted.Key words：Verilog ,FPGA,Calling signal,calculagraph目录1绪论 (1)1.1 课题研究的目的 (1)1.2 国内外发展现状 (1)1.3课题的主要技术路线 (2)2FPGA技术及硬件描述语言 (3)2.1 FPGA的介绍 (3)2.1.1可编程逻辑器件发展简史 (3)2.1.2可编程逻辑器件的基本结构 (3)2.1.3可编程逻辑器件分类 (4)2.1.4 Altera Cyclone Ⅱ系列器件介绍 (5)2.1.5 FPGA的开发流程 (5)2.2 FPGA设计方法 (6)2.3 利用硬件描述语言（HDL）的硬件电路设计方法 (7)2.4 Verilog HDL语言的设计流程 (8)2.5 Quartus Ⅱ概述及其设计流程 (11)2.5.1 Quartus Ⅱ概述 (11)2.5.2 Quartus Ⅱ设计流程 (12)3系统总体设计 (14)3.1 计费模块介绍 (14)3.2 预设模块介绍 (15)3.3 时钟分频模块介绍 (15)3.4 分拆模块介绍 (15)3.5 数码管显示模块介绍 (16)3.6 警告模块介绍 (17)3.7 逻辑资源使用情况 (17)4系统的操作与分析 (18)4.1系统功能介绍 (18)4.2 选择通话类型和设置余额 (20)4.3通话开始 (21)4.4通话结束 (22)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录A (26)附录B (27)附录C (31)附录D (32)附录E (33)附录F (35)附录G (36)1绪论1.1课题研究的目的时钟计时器在现在应用场合非常的广泛，近年来，随着科学技术的进步和时代的发展，人们对时钟的功能和精度提出了越来越高的要求，各种时钟的设计也越来越重要。
毕业论文-基于fpga（verilog）的数字式秒表设计说明书
基于FPGA的数字式秒表一、设计任务及要求秒表由于其计时精确，分辨率高（0.01 秒），在各种竞技场所得到了广泛的应用，本次设计的任务就是设计一个基于FPGA 的数字式秒表。
1、基本要求：（1）性能指标：秒表的分辨率为0.01 秒，最长计时时间为99.99 秒；（2）设置启/停开关和复位开关（计数控制器）：启/停开关S1 的使用方法与传统的机械计时器相同，即按一下启/停开关，启动计时器开始计时，再按一下启/停开关计时终止。
复位开关S2 用来使计时器清0，复位开关可以在任何情况下使用，即使在计时过程中，只要按一下复位开关，计时进程应立即终止，并对计时器清零。
（开关按下为0，弹起为1）。
（3）秒表的计时基准信号：以周期为0.01 秒（频率100HZ）的计时脉冲作为一个比较精准的计时基准信号输入到0.01 秒位计数器的时钟端；在设计中采用分频器把1000HZ 的时钟信号转换为100HZ 的计时基准信号，其分频系数为10。
（4）数码管动态显示：七段数码管采用动态扫描的方式显示，扫描需要一个比较高频率的信号，本次设计选用1000HZ 。
为了得到1000Hz 信号，必须对输入的时钟信号50MHZ 进行分频。
显示模块共用11 个管脚，其中8 个用于连接8 个数码管的七段LED，还有 3 个管脚用于选择点亮哪个数码管，每隔很短的一段时间8 个数码管交替点亮，依次循环，动态显示，由于人眼的视觉残留，可以观察到连续的测量计数器的计数值。
上电后，八个数码管中左边四个显示自己的学号后四位，在运行过程中一直不变；右边四个显示计时时间，范围0000~9999，利用两个按钮S1、S2 控制计时。
2、提高要求：加入小数点，计时数码管显示范围00.00~99.99。
二、系统原理框图三、电路实现Array四、功能模块1、分频器（以10分频器为例）（1）Verilog HDL语言程序module fp10(Clk,Out);input Clk;output Out;reg Out;reg [3:0] Cout;reg Clk_En;initialOut<=0;always @(posedge Clk )beginCout <= (Cout == 4'd10) ? 4'd0 : (Cout + 4'd1);Clk_En <= (Cout >= 4'd5) ? 1'd1 : 1'd0;Out<=Clk_En;endEndmodule（2）模块化电路（3）波形仿真由波形仿真图可以看出，10分频器将1000Hz的脉冲分频成100Hz的脉冲。
基于FPGA的高分辨率时间数位转换器设计
基于FPGA的高分辨率时间数位转换器设计
端木琼;刘常杰
【期刊名称】《现代科学仪器》
【年(卷),期】2008(000)005
【摘要】介绍时间间隔的测量原理,分析各种测量方法的优缺点和主要误差来源,并设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的时数转换器(TDC).该设计采用高精度计数器和延迟线内插法共同测量时间间隔.该时数转换器的测量范围由计数器决定,而测量分辨率由内插延迟线决定,因此,具有测量范围大,分辨率高的特点.由于测量的利用两种延时单元的微小时间差对时间间隔进行内插,获得了1ns的测量分辨率,具有精度高、功耗小及实现简便等优点.
【总页数】3页(P33-35)
【作者】端木琼;刘常杰
【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
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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的数字时钟毕业
毕业论文（设计）题目：基于FPGA的数字时钟设计目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1研究问题背景和现状 (1)1.2研究目的及意义 (1)1.3设计内容及目标 (2)1.3.1研究内容 (2)1.3.2研究目标 (2)2 系统设计方案 (3)2.1控制方案的选择 (3)2.2时钟电路的选择 (3)2.3校时控制电路的选择 (3)2.4显示电路的选择 (4)3 系统电路总体设计 (5)3.1系统设计总体框图 (5)3.2电源供电电路设计 (5)3.2.1外围电路电源设计 (5)3.2.2芯片电源电路设计 (6)3.2.3电源滤波电路 (6)3.3 FPGA芯片及其引脚 (7)3.4 JTAG下载配置电路设计 (8)3.5 时钟信号电路设计 (9)3.6 复位电路 (9)3.7 键盘电路设计 (10)3.8人机显示电路 (11)3.9 整点报时电路设计 (11)4 FPGA内部程序设计 (12)4.1 分频器的程序设计 (12)4.2 秒计数器程序设计 (14)4.3 分计数器程序设计 (16)4.4 小时计数器程序设计 (17)4.5 日计数器程序设计 (17)4.6 月计数器程序设计 (18)4.7 年计数器程序设计 (19)4.8 键盘控制程序设计 (20)4.9 LCD1602程序设计 (21)4.10 顶层文件设置及编译下载 (22)5 总结 (23)5.1 结论 (23)5.2 设计中遇到的问题 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录： (26)附录1 最小系统及配置电路图 (26)附录2 系统外围电路图 (27)附录3 系统设计程序 (28)附录4 顶层原理图及引脚设置 (45)基于FPGA的数字时钟设计摘要利用FPGA器件设计数字电路，不仅可以将时钟的硬件电路和设计流程简化，而且可以减小本设计系统的前期成本与模块体积，提高了系统的稳定性，缩短设计周期。
本科毕业论文__基于FPGA的数字电子钟系统设计 精品推荐
基于FPGA的数字电子钟系统设计摘要随着电子技术的飞速发展，现代电子产品渗透到了社会的各个领域，并有力地推动着社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。
在现代电子技术中，可编程器无疑是扮演着重要角色。
现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器，其灵活的可编程逻辑可以方便的实现高速数字信号处理。
它突破了并行处理、流水级数的限制，具有反复的可编程能力，从而有效的地利用了片上资源，加上高效的硬件描述语言(VHDL)，从而为数字系统设计提供了极大的方便。
本文较系统地介绍了FPGA的基本结构、基本原理、功能特点及其应用；阐述了数字系统设计的基本思想及设计流程，同时，也概述了FPGA在数字系统设计中的作用，基于FPGA的数字系统设计方法和流程；简要介绍了VHDL语言的发展历程，VHDL语言的功能特点等。
本文的主要内容是根据上述原理和方法设计一个电子钟系统，目的在于通过该系统的功能，体现出FPGA在数据处理中的应用。
该电子钟系统功能齐全，设计思路清晰。
系统程序基于VHDL语言，采用模块化设计方法。
系统设计包含8个子程序模块：分频组件、六十进制计数器组件、二十四进制计数器组件、闹钟设定组件、校时组件、i60BCD组件、i24BCD组件、以及二进制转换成七段码组件。
每个子程序均经过EDA工具仿真，并附有仿真图，最后将各模块组装为一个整体——电子钟。
关键词电子设计自动化；现场可编程门阵列；硬件描述语言；电子钟- I -Digital Electronic Clock DesignBased on Technology of FPGAAbstractWith the rapid development of electronic technology, modern electronic products have infiltrated into various fields of the society, and have effectively promoted the development of social productive forces and social information, also increased. In modern electronic technology, the programmable logic devices play a key role.Field programmable gate arrays (FPGA), a new type of programmable device, is developing rapidly recent years.It introduced the concept of flexible programmable logic, which can realize high-speed digital signal processing conveniently. It broke through the parallel processing, water levels of restrictions, has repeatedly programmable capacity to effectively use the on-chip resources, coupled with efficient hardware description language VHDL, so as to design digital systems conveniently. This article introduces a system of the basic structure of the FPGA, the basic principle of features and applications; expounded on the basic design of digital systems thinking and design process, at the same time, also outlined the FPGA in the design of digital systems, FPGA-based digital system design methods and processes; gave a briefing on the development of VHDL language, VHDL language and other features.The main work is based on the principles and methods, design an electronic clock system to the adoption of the system, embodied in the FPGA data processing of applications. The electronic clock system is fully functional, designed clear ideas. Based on VHDL system procedures, The system is modular in design methods. It includes 8 sub-system design process modules：frequency division system, 60 M counter system,24 M counter system,Alarm clock settings system, timing system, i60BCD system, i24BCD system, and convert binary into Seven-Segment code system. each subroutine have been simulated by EDA tools, with a simulation map. The modules will be the final assembly as a whole - the electronic clock.Key words EDA;FPGA; VHDL; Electronic clock- II -目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2可编程器件的发展历程 (1)1.2.1早期的可编程器件——PLD (2)1.2.2高级可编程器件FPGA/CPLD (3)1.3国内外研究现状 (4)1.4本文主要内容 (5)第2章FPGA基本结构及数字系统设计原理 (6)2.1 FPGA的基本结构及工作原理 (6)2.1.1基于查找表结构的FPGA (8)2.1.2查找表结构的FPGA逻辑实现原理 (8)2.1.3 FPGA的工作原理 (9)2.2数字系统设计概述 (9)2.2.1数字系统的组成 (10)2.2.2数字系统设计方法 (10)2.2.3数字系统设计的一般过程 (11)2.3本章小结 (12)第3章数字电子钟功能模块设计 (13)3.1数字系统设计中的FPGA (13)3.1.1 FPGA在数字系统设计中的作用 (13)3.1.2基于FPGA的应用系统设计 (13)3.2数字系统设计的重要工具——VHDL (16)3.2.1 VHDL语言的特点 (16)3.2.2基于VHDL的系统设计流程 (17)3.3电子钟主要功能模块设计 (18)3.3.1分频模块 (18)3.3.2六十进制计数器模块 (19)3.3.3二十四进制计数器模块 (20)3.3.4校时模块 (22)3.3.5 BCD七段显示译码器 (23)3.4本章小结 (23)第4章电子钟模拟仿真及其分析 (24)4.1系统设计的总体思路 (24)- III -4.2.1 分频组件 (25)4.2.2 六十进制计数器组件 (25)4.2.3 二十四进制计数器组件 (26)4.2.4 闹钟设定组件 (26)4.2.5 校时组件 (27)4.2.6 i60BCD组件 (28)4.2.7 i24BCD组件 (29)4.2.8 二进制转换成七段码组件 (30)4.3数字电子钟功能仿真图 (30)4.4采用FPGA设计优势分析 (33)4.5本章小结 (34)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A (38)附录B (43)附录C (47)附录D (48)- IV -第1章绪论1.1课题背景和意义20世纪70年代，随着中小规模集成电路的开发应用，传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法已无法满足设计的精度和效率的要求。
基于FPGA的数字时钟设计毕业设计论文1 精品
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。
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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。
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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。
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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的精密时间—数字转换电路研究
01 引言
目录
02 文献综述
03 技术方案
04 实验设计与方法
05 实验结果与讨论
06 结论
引言
在现代电子系统中，时间数字转换电路（Time-Digital Converter，TDC）具 有重要作用。它用于将时间连续的模拟信号转换为数字信号，这在雷达、声呐、 高速自动控制系统中具有广泛的应用价值。随着科技的发展，对TDC的精度、 速度和稳定性的要求也不断提高。传统的TDC设计方法面临着精度低、速度慢、 稳定性不足等问题。
谢谢观看
3、实验结果：实验结果表明，基于FPGA的精密时间数字转换电路可以实现高 精度、高速的转换，转换结果与高精度数字示波器的测量结果相符。
实验结果与讨论
本次演示提出的基于FPGA的精密时间数字转换电路具有以下优点：
1、高精度：由于FPGA内置时钟源具有高精度特性，因此可以获得高精度的转 换结果。
实验设计与方法
为验证本次演示提出的基于FPGA的精密时间数字转换电路的有效性，我们进行 了以下实验：
1、实验材料：本次演示使用了一款Xilinx Virtex-7 FPGA开发板，板上集成 了高精度时钟源和丰富的可编程逻辑资源。
2、实验过程：首先，我们使用FPGA内置的时钟源产生高精度时钟信号，然后 通过专用的时间数字转换算法将模拟时间信号转换为数字信号。为验证转换结 果的准确性，我们使用高精度数字示波器进行测量和对比。
2、高速：利用FPGA的并行计算能力，可以实现高速时间数字转换，提高系统 的响应速度。
3、可重配置：根据不同的应用需求，可以对时间数字转换电路进行优化和扩 展，灵活性较高。
然而，该技术方案也存在一些不足之处：
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的时间数字转换器设计_学士学位论文
NANCHANG UNIVERSITY学士学位论文THESIS OF BACHELOR（2009—2013年）题目基于FPGA的时间-数字转换器设计学院：信息工程学院系电子系专业班级：电子信息工程093班基于FPGA的时间-数字转换器设计摘要时间是物质存在和运动的基本属性之一，它是科学研究、科学实验和工程技术等领域的必不可少的参量。
时间-数字转换器作为时间测量技术的核心，在诸多领域都有广泛的应用。
实现时间-数字转换电路的方法有许多种，如计数器法、电流积分法、门延迟法以及FPGA法等。
本论文设计的是基于FPGA的时间-数字转换器，设计思想是以计数器为粗时间间隔测量单元，门延迟为细时间间隔测量单元，最终基于FPGA实现TDC系统。
设计借助了Verilog HDL语言对FPGA 进行设计，完成了边缘检测、计数器及串口输出的软件设计，实现了测量范围为30min，分辨率达1ns的大范围、高分辨率TDC系统的设计。
本系统可移植性强，在提高时钟频率和门延迟精度后可应用于微粒子探测、激光测距和定时定位等领域。
关键词：时间-数字转换器FPGA 计数器门延迟分辨率AbstractDesign of Time to Digital Converter based on FPGAAbstractTime is one of the basic attribute of material’s existence and exercise, it’s an essential parameter of scientific researches, scientific experiments, engineering technology and other technology fields. Time-digital converter, as a time measurement technology core, are widely used in many fields.There are many ways to implement the time-digital converter, such as the counter method, the current integration method, the gate delay method and the FPGA method. This thesis designed a FPGA based TDC, the design idea is using the counter as a crude time interval measurement, the gate delay as a precise time interval measurement, and finally, the system is achieved by the FPGA. In the design, with the language of Verilog HDL, we achieved the software design of the edge detection, the counter and the outputting of serial. A measurement range of 30min, 1ns resolution of the large-scale, high-resolution TDC system is designed. This system is portable, if the clock frequency and the accuracy of gate delay are improved, it can be used in particle detection, laser ranging and timing positioning and any other fields.Keywords: Time to Digital Converter; FPGA; Counter; Gate delay; Resolution目录摘要 (I)ABSTRACT (II)前言 (1)1.1选课的背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3课题所做的工作及论文章节安排 (2)1.3.1设计思想 (2)1.3.2论文章节安排 (2)时间-数字转换技术研究与分析 (4)2.1时间-数字转换电路的应用领域研究 (4)2.2时间-数字转换电路实现方法分析比较 (4)2.2.1计数器法 (4)2.2.2电流积分法 (5)2.2.3门延迟法 (6)2.2.4 FPGA法 (6)2.3 小结 (6)时间数字转换系统的硬件设计 (7)3.1硬件系统总体设计 (7)3.2开发板介绍 (7)3.3 FPGA芯片介绍 (9)3.3.1 FPGA简介及Cyclone ⅡEP2C5Q208C8N芯片概述 (9)3.3.2Cyclone ⅡEP2C5Q208C8N芯片的特点 (10)3.4 FPGA开发流程 (10)3.4.1功能定义和器件选型 (10)3.4.2设计输入 (11)3.4.3布线布局 (11)3.5 Quartus II仿真平台介绍 (12)3.5.1设计输入 (12)3.5.2项目编译 (13)3.5.3项目仿真 (13)时间-数字转换系统的软件设计 (14)4.1 Verilog语言介绍 (14)4.2基于Verilog语言的FPGA总体设计 (14)4.2.1设计目标及核心原理 (14)4.2.2边缘检测工作原理及设计 (16)4.2.3计数器工作原理及设计 (16)4.2.4门延迟细计数原理及设计 (18)4.2.5数据计算模块原理 (20)4.2.6串口输出模块设计 (20)系统测试 (22)5.1 边缘检测仿真 (22)5.2计数器仿真 (22)5.3串口发送数据仿真 (23)5.4时间-数字转换系统测试 (23)总结 (25)参考文献（Reference） (26)致谢 (27)附录 (28)第一章前言1.1选课的背景及意义时间既是一个抽象的概念，又是物质存在和运动的基本属性之一。
基于fpga进位链的时间数字转换器设计
摘要I摘要时间数字转换器(Time-to-Digital Converter, TDC)是一种用来测量时间的电路，它将连续的时间信号转换为数字信号，从而实现时间测量的数字化。
它主要的应用包括飞行时间测量(Time-Of Flight, TOF)、正电子成像技术(Positron Emission Tomography, PET)、以及激光、雷达、示波器等多种科学和工程领域。
高精度TDC 电路的设计可分为全定制设计和基于FPGA 的半定制设计两种。
相对于全定制设计(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)设计周期长和开发成本高等问题，基于FPGA 的TDC 电路设计具有灵活性高，开发周期短，成本低以及可移植性高等特点。
因此随着测量精度的要求不断提高以及FPGA 技术的发展，在FPGA 上设计高精度的时间间隔测量电路具有重要研究意义。
本文首先对TDC 的不同的设计方法进行了介绍与比较并综合考虑到Xilinx Virtex-5 FPGA 芯片内部结构和资源，确定了TDC 系统整体设计方案。
采用自顶向下的方式将TDC 主要分成了“粗”计数模块和“细”测量模块分别进行设计，“粗”计数模块由两个分别工作在上升沿和下降沿的普通二进制计数器实现；“细”测量模块都是由抽头延迟链、触发器阵列、温度计编码电路、校准电路构成。
抽头延迟链是由Virtex-5芯片中CARRY4级联而成，通常一个CARRY4可以引出四抽头(CO0, CO1, CO2, CO3），即4个延迟单元，但是CARRY4的超前进位特性引起的温度计码“冒泡”现象会造成编码电路更加复杂以及逻辑资源消耗更多，同时该结构的TDC 系统的积分非线性和微分非线性较大以及会出现“空道”的现象。
本文通过对CARRY4进行了优化设计，即每个CARRY4只引出了两个抽头(CO0, CO3)，从而消除了“冒泡”现象，使得优化后的TDC 编码速度更加的简单、资源消耗的更少。
一种基于fpga 快速进位链的 时间数字转换电路
一种基于FPGA快速进位链的时间数字转换电路随着科技的发展，人们对于数字电路的需求越来越高。
其中，时间数字转换电路作为一种常见的电子设计，经常被应用于时间显示装置、计时器以及数字时钟等领域。
为了提高时间数字转换电路的效率和稳定性，研究人员提出了一种基于FPGA快速进位链的时间数字转换电路。
1. 时间数字转换电路的基本原理时间数字转换电路是一种能够将输入的时间信号转换为相应的数字信号的电路系统。
它通常由一组计数器、时钟信号源、控制逻辑和显示控制器等部分组成。
其基本原理是，通过计数器对输入的时间信号进行精确计数，然后将计数结果转换为对应的数字信号，最终由显示控制器将数字信号显示在数码管或其他显示装置上。
2. FPGA快速进位链技术的基本原理FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种集成电路设备，它由大量的可编程逻辑单元、存储单元和路由互连网络组成。
FPGA可以通过编程的方式实现各种数字逻辑功能，因此被广泛应用于数字电路设计和逻辑控制领域。
而快速进位链技术是一种利用FPGA内部的资源实现快速进位运算的方法，它能够大大提高数字逻辑电路的运算速度和效率。
3. 基于FPGA快速进位链的时间数字转换电路设计思路基于FPGA快速进位链的时间数字转换电路的设计思路是运用FPGA 内部的可编程逻辑单元和快速进位链技术，实现对时间信号的高速计数和数字信号的快速转换。
具体而言，这种设计思路包括以下几个关键步骤：3.1 选择合适的FPGA芯片和开发评台，确定设计的整体框架和功能需求。
3.2 设计计数器部分，采用快速进位链技术实现高速计数，并通过控制逻辑对计数器进行同步控制。
3.3 设计数字信号转换部分，将计数结果转换为对应的数字信号，并通过显示控制器实现数字信号的显示。
4. 基于FPGA快速进位链的时间数字转换电路的优势基于FPGA快速进位链的时间数字转换电路相比传统的时间数字转换电路具有以下几个优势：4.1 高速计数：利用FPGA快速进位链技术，能够实现对时间信号的高速计数，提高了转换的效率和准确性。
基于FPGA的单光子时间数字转换器设计
基于FPGA的单光子时间数字转换器设计
何继爱;辛家乐;石麟泰
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2024(47)5
【摘要】针对单光子计数器对高速飞行光子时间测量的高分辨率要求,传统的TDC 在时间测量上存在误差较大的不足。
本文设计了一种利用FPGA内部逻辑延迟单元Carry4级联构建延迟链的TDC。
该方法首先使用子链平均的方式进行数据采样,避免数据“气泡”。
其次,结合码密度测试和bin-by-bin校准将各级延迟单元宽度校准至接近均匀宽度,提高系统的测量精度。
最后,通过Vivado软件仿真并烧录至ZYNQ7000进行板级测试,实验结果表明,该TDC能够在3 ns的动态时间范围内实现时间分辨率10.91 ps,差分非线性(DNL)范围为[-0.75,1.01]LSB,积分非线性(INL)范围为[-1.74,2.19]LSB。
【总页数】6页(P16-21)
【作者】何继爱;辛家乐;石麟泰
【作者单位】兰州理工大学计算机与通信学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN47
【相关文献】
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NANCHANG UNIVERSITY学士学位论文THESIS OF BACHELOR（2009—2013年）题目基于FPGA的时间-数字转换器设计学院：信息工程学院系电子系专业班级：电子信息工程093班基于FPGA的时间-数字转换器设计摘要时间是物质存在和运动的基本属性之一，它是科学研究、科学实验和工程技术等领域的必不可少的参量。
时间-数字转换器作为时间测量技术的核心，在诸多领域都有广泛的应用。
实现时间-数字转换电路的方法有许多种，如计数器法、电流积分法、门延迟法以及FPGA法等。
本论文设计的是基于FPGA的时间-数字转换器，设计思想是以计数器为粗时间间隔测量单元，门延迟为细时间间隔测量单元，最终基于FPGA实现TDC系统。
设计借助了Verilog HDL语言对FPGA 进行设计，完成了边缘检测、计数器及串口输出的软件设计，实现了测量范围为30min，分辨率达1ns的大范围、高分辨率TDC系统的设计。
本系统可移植性强，在提高时钟频率和门延迟精度后可应用于微粒子探测、激光测距和定时定位等领域。
关键词：时间-数字转换器FPGA 计数器门延迟分辨率AbstractDesign of Time to Digital Converter based on FPGAAbstractTime is one of the basic attribute of material’s existence and exercise, it’s an essential parameter of scientific researches, scientific experiments, engineering technology and other technology fields. Time-digital converter, as a time measurement technology core, are widely used in many fields.There are many ways to implement the time-digital converter, such as the counter method, the current integration method, the gate delay method and the FPGA method. This thesis designed a FPGA based TDC, the design idea is using the counter as a crude time interval measurement, the gate delay as a precise time interval measurement, and finally, the system is achieved by the FPGA. In the design, with the language of Verilog HDL, we achieved the software design of the edge detection, the counter and the outputting of serial. A measurement range of 30min, 1ns resolution of the large-scale, high-resolution TDC system is designed. This system is portable, if the clock frequency and the accuracy of gate delay are improved, it can be used in particle detection, laser ranging and timing positioning and any other fields.Keywords: Time to Digital Converter; FPGA; Counter; Gate delay; Resolution目录摘要 (I)ABSTRACT (II)前言 (1)1.1选课的背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3课题所做的工作及论文章节安排 (2)1.3.1设计思想 (2)1.3.2论文章节安排 (2)时间-数字转换技术研究与分析 (4)2.1时间-数字转换电路的应用领域研究 (4)2.2时间-数字转换电路实现方法分析比较 (4)2.2.1计数器法 (4)2.2.2电流积分法 (5)2.2.3门延迟法 (6)2.2.4 FPGA法 (6)2.3 小结 (6)时间数字转换系统的硬件设计 (7)3.1硬件系统总体设计 (7)3.2开发板介绍 (7)3.3 FPGA芯片介绍 (9)3.3.1 FPGA简介及Cyclone ⅡEP2C5Q208C8N芯片概述 (9)3.3.2Cyclone ⅡEP2C5Q208C8N芯片的特点 (10)3.4 FPGA开发流程 (10)3.4.1功能定义和器件选型 (10)3.4.2设计输入 (11)3.4.3布线布局 (11)3.5 Quartus II仿真平台介绍 (12)3.5.1设计输入 (12)3.5.2项目编译 (13)3.5.3项目仿真 (13)时间-数字转换系统的软件设计 (14)4.1 Verilog语言介绍 (14)4.2基于Verilog语言的FPGA总体设计 (14)4.2.1设计目标及核心原理 (14)4.2.2边缘检测工作原理及设计 (16)4.2.3计数器工作原理及设计 (16)4.2.4门延迟细计数原理及设计 (18)4.2.5数据计算模块原理 (20)4.2.6串口输出模块设计 (20)系统测试 (22)5.1 边缘检测仿真 (22)5.2计数器仿真 (22)5.3串口发送数据仿真 (23)5.4时间-数字转换系统测试 (23)总结 (25)参考文献（Reference） (26)致谢 (27)附录 (28)第一章前言1.1选课的背景及意义时间既是一个抽象的概念，又是物质存在和运动的基本属性之一。
精密的时间在科学研究和实验当中充当着重要物理参量，为所有的时序系统和动力学系统提供了必不可少的时基坐标。
传统的时间概念有两种含义，一种是指时间坐标系统中的某一时刻；另一种指时间系统中的一段时间间隔。
本文所讨论的时间均指后者。
时间-数字转换器（TDC）是时间间隔测量的工具，它在各个领域都有着广泛的应用。
TDC技术原本用于核物理实验的高能粒子检测，近几年，随着科技的不断进步和人们生活水平的不断提升，人们对食品和药品的安全性越发关注，这就要求一个高速率、高精度的检测设备。
TDC技术作为一种成熟的微小粒子检测技术，近几年中取得了比较大的进步。
TDC技术也被广泛的应用于有机合成、石油化工、农药残留检测等方面，具有良好的发展前景。
在国防建设和国民经济等领域，TDC技术的发展意义重大。
精确的时间间隔测量技术（ps级）在定位定时、激光测距、航天遥控、物理实验和天文实验等领域都具有非常广泛的应用。
TDC技术是时间间隔测量的主要实现途径，其发展和应用对于整个国防建设和人民生活水平的提高都具有非常重大的意义。
目前，世界各强国都在努力地发展这项技术。
TDC技术的发展前景广，应用范围大，且具有较大的进步空间，本课题决定研究时间-数字转换器的设计及实现。
1.2国内外研究现状近些年来，TDC技术在自动检测设备、激光探测、频率测量、相位测量、医疗图形扫描等研究领域得到广泛的应用。
美、日、欧等国家都对时间间隔测量技术作了大量研究，他们利用集成电路领域的优势，发展了大量精确的时间间隔测量技术。
在美国，PTTI年会决定每年对该专题进行讨论，美国国家科学院已把它作为评估国防力量的重要标志之一。
同时，时间间隔测量技术也被列为国家须大力发展的科学技术。
然而相对来说，我国的TDC技术起步较晚，在近几年才相继有专家对这方面技术进行研究。
加之国外对此技术的控制非常严格，缺乏必要的支持和交流，这使得我国的TDC技术几乎是在完全空白的基础上进行研究和发展的。
因此，我国在这方面的技术还比较落后，急需大力的发展和研究。
目前，国外实现TDC电路的方法有很多种，且趋于成熟。
早期的TDC电路一般由印刷电路板上的分立元件组成，然而分立元件占用面积大、功耗高、一致性差，且元件经常受到环境因素的影响，使得电路的稳定性较差。
后期的TDC 设计分为两种：一种用几个独立的集成电路搭建一个或几个TDC；另一种用的是单独的专用TDC芯片，通常是ASCI。
这两种设计都具有各自的特点。
其中，专用的TDC芯片一般是为某种功能而定型设计的，其性价比高，适用于各种工程的大量使用。
然而，正因其定型性高，在兼容性方面显得比较差，而且相对来说TDC芯片的开发成本很高，一般在小规模实验中，往往需要购买别人研制的专用TDC。
使用若干个集成电路搭建的TDC的方法具有更强的灵活性，实验者可以根据本实验的需要来设计TDC，这种方法通常被小规模实验者所青睐。
总体看来，这两种实现方法都存在各自的缺点和弊端，一定程度上限制了TDC技术的开发应用。
近几年来，可编程的ASCI技术得到迅速的发展，包括CPLD和FPGA，而其中的FPGA的发展十分显著。
有些FPGA芯片都已经达到了ASCI工艺水平，它们具有很高的密度，且能工作在较高速的片上时钟下。
目前，FPGA工艺使TDC设计向低成本、低功耗和高集成度方向发展。
基于FPGA的TDC电路设计工艺简单、成本低、设计难度小且流片成功率高。
在技术上，许多国家在利用FPGA设计时间数字转换器已趋于成熟。
例如美国的ORTEC公司、德国的ACAM 公司等均开发了属于自己的相关TDC产品，其指标可达100ps至14ps。
1.3课题所做的工作及论文章节安排1.3.1设计思想本文的总体设计思想是利用计数器和延迟门分别对时间进行粗测量和细测量。
在软件设计方面采用Verilog语言对FPGA芯片进行程序设计。
在硬件设计中，配备了50MHz频率的时钟，采用Cyclone ⅡEP2C5Q208C8N为核心芯片，实现对外围电路控制和计算，并将结果通过串口转USB接口传输到PC机从而实现仿真。
1.3.2论文章节安排本文分六个章节对课题进行论述：第一章前言，本章节概述了TDC的作用和国内外发展现状，介绍了课题的背景及意义，并从总体上概括了实现本课题的设计思想；第二章TDC技术的研究与分析，本章节列举了TDC技术在各领域的应用，并介绍分析了几种实现时间-数字转换器的方法，确定了本课题研究的方向；第三章系统硬件介绍，本章节介绍了TDC硬件系统的构成框图，着重介绍了所选用的FPGA芯片以及课题设计中所用到的仿真软件；第四章FPGA软件设计，本章节介绍了硬件描述语言Verilog，并重点阐述了基于FPGA实现TDC的设计方案，包括计数器法和延迟门法，给出了相应的框图和工作原理；第五章系统测试，本章节给出了TDC系统各个模块的仿真测试结果，验证了设计的正确性；第六章总结，对设计过程和内容进行了总结。