EDA电子秒表实训.docx

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EDA电子秒表实训

《EDA电子秒表实训》

报告书

姓名：

****

班级：

电信**班

学号：

100850927****

河北工专电气自动化系

一、实训目的

1．掌握电子秒表的工作原理以及数码显示管的工作原理。

2．掌握MAX+plusⅡ编程软件的使用。

3.了解实训中用到的试验箱上的硬件以及它的工作原理。

4.掌握将程序下载到芯片和调试过程。

5.了解一种芯片：

EP1K30ETC144-3的使用。

二、实训硬件原理

1.点动按键

实验箱提供12个点动按键。

按下时输出“低电平”，弹起时输出“高电平”。

试验中的清零信号、停止信号、启动信号均要由点动按键提供。

2.LED数码显示器

实验箱提供8位共阴LED数码管（这里共用到4位），内部设置了段限流电路和位译码驱动电路。

对外提供一位“段码”（a、b、c、d、e、f、g、dp）输入接口和一组4位“位选”（sel3、sel2、sel1、sel0）输入接口（这里共用到2位）。

这种电路结构决定了显示多位数码管只能采用动态扫描显示方式，而不是采用静态显示方式。

本设计要有8位段码（7位段码+1位dp）输出信号，分别与实验箱的“段码”输入a、b、c、d、e、f、g、dp相连接。

3.时钟信号

实验箱的DIGTALCLOCK模块提供时钟信号和多级2分频电路，时钟信号最高频率为20MHz，通过各种分频器可以得到不同频率的时钟信号，

本项目需要的是100Hz的时钟脉冲，但是实验箱不能直接提供精准的100Hz的时钟信号，仅能提供接近100Hz的152Hz和76Hz的信号。

为了简化设计，突出重点，本项目选用152Hz信号作为脉冲信号，而不考虑由此产生的误差。

如果要想得到精确的计时结果，就必须采用精确的100Hz的时钟信号，一种方法是先将20MHz的时钟信号经过一个二分频变成10MHz的时钟信号，然后经过5个十分频，使信号变成100Hz。

三、电路组成框图

1.按照设计要求，给出电路组成框图如图1所示：

其中图中miaob”的内部由4个十进制计数器和4位的4路选择器构成，内部结构如图2所示：

2.按键处理（CONTROL）模块

（1）start：

计时开始信号，接实验箱上的点动按键，下降沿有效。

（2）stop：

计时停止信号，接实验箱上的点动按键，下降沿有效。

（3）strobe：

计时基闸输出信号。

该信号处于高电平为计时状态，低电平为停止计时状态。

（4）reset：

复位信号，接实验箱上的点动按键，下降沿有效。

（5）按键处理模块EDA程序设计如下：

（control.vhd）

（6）波形仿真如图3所示：

３.十进制计数器

功能：

在strobe高电平期间，对100Hz的clk时钟信号进行计数，复位信号reset低电平有效，最低位的十进制计数器的clk接100Hz的时钟信号，它的进位接比它高一位的十进制计数器，最高位的计数器没有进位。

如图2所示：

（1）其中十进制的EDA的程序设计如下：

（shijinzhi.vhd）

（2）十进制的仿真波形如图4所示：

4.显示模块

该模块包括7段译码电路、4路选1电路和4进制计数器三部分。

（1）7段译码电路:

将bcd码转换成LED显示用的7段字形码。

十进制bcd码字形码gfedcba

000000111111

100010000110

...

...

...

910011101111

译码器的EDA程序如下:

qdym.vhd

7段译码器的仿真波形如图5所示：

（2）4进制计数器：

动态扫描方式，用来选择要显示的数位。

（CNT41）

4进制计数器的EDA程序如下：

（cnt41.vhd）

4进制计数器的仿真波形如图6所示：

（3）4选1电路：

动态扫描显示方式，选择显示的数据。

其中数码显示管中的小数点dp也是从4选1电路中连接出来的，即当选择器选择秒位的数据输出时让dp置成高电平，其他情况dp为低电平。

4选1的EDA程序如下：

mux41.vhd

4选1的仿真波形如图7所示

4.模块之间的组合

采用模块化、层次化的设计方法，顶层采用原理图输入方式，其余层采用VHDL语言描述。

各个模块之间的组合如图1、2所示。

连接好各个模块之后，进行编译，没有错误进行波形仿真。

总电路的仿真波形如图8所示：

四、注意事项

在使用实验箱进行实际验证时，绝对不可对编程电缆带电拔插（热插拔）。

必须在关闭计算机，实验箱断电的情况下，才能拔插编程电缆。

五、下载程序到芯片并调试程序。

1.首先打开软件MAX+plusⅡ，并打开自己编写的程序，选择正确的芯片，本实验选择的是EP1K30ETC144-3，然后将自己的程序设成工程文件，进行编译。

2.编译有错误进行改错，没有错误进行引脚锁定，根据自己的硬件连线进行引脚锁定，引脚锁定后再次进行编译，然后将程序下载到芯片上。

3.下载完程序后，观察显示管的状态，是否处于复位状态，然后按相应的复位按键和启动按键、停止按键是否能实现相应的功能。

4.检查完按键的功能后观察显示管是否能显示到99.99的状态，

六、方案改进

1．如果将start和stop合并成一个按键，只需要将程序中的“control”模块进行修改就行了

修改完的程序如下：

control.vhd

修改后“control”的仿真波形如图9所示：

2.实验箱不能够提供精确的100Hz脉冲信号，但是可以用20MHz的脉冲信号进行一次二分频后变成10MHz的脉冲信号，然后再进行5次的十分频后变成100Hz的脉冲信号，所有的分频器可以在程序的原理图文件里加，下载到芯片后，芯片需要的脉冲信号的频率为20MHz，这样就可以使得秒表更精确。

七、实训心得和体会

通过这次的实训使我了解了秒表的工作原理，同时使我掌握了数码显示管的使用方法和其扫描式显示工作原理，也使我掌握了将EDA程序下载到芯片的过程，更锻炼了我的动手能力，使我对EDA这门课产生了浓厚的兴趣。

总的来说，这次实训的数字秒表还是比较成功的，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。