用EDA技术设计多功能数字钟424 222348.docx

1、用EDA技术设计多功能数字钟424 222348大学毕业设计（论文）题目： 用EDA技术设计多功能数字钟 指导教师： 职称： 学生姓名： 学号： 此处填写自考学号专 业： 铁道通信信号 院（系）： 电子工程系 完成时间： 2014年 4 月 10 日用EDA技术设计多功能数字钟摘 要 近年来，随着电子技术和通信技术的飞速发展，要求设计研究方面运用电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）工具进行开发。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

2、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靠性，减轻了设计者的劳动强度。本设计为通过EDA仿真软件MAX+PLUSII设计一个多功能数字钟，并下载到硬件中实现。本系统的设计电路由计时电路、动态显示电路、闹钟电路、控制电路、显示电路等部分组成。本系统采用动态显示的原理在数码管上显示12小时计时的时刻，具有清零、保持、校时、报时的功能，并在此基础上增加了闹铃、秒表、12小时制计时、A

3、/P显示等功能。在设计过程中，将各部分均模块化，各模块间相互独立，又相互联系。本实验吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能,发挥部分也得到完全的实现,而且有一定的创新功能。关键词 数字钟、计数器、多功能、动态显示、原理图、仿真、模块化Abstract Recently, with the rapid development of electronic and communication technology, it is required to use Electronic Design Automation

4、(EDA) as a tool in designing systems. EDA derives from the concepts of Computer Aided Design, Computer Aided Manufacture, Computer Aided Test and Computer Aided Engineering in the 1990s. Designers use Hardware Describe Language to accomplish designing files on the platform of software. Then, compute

5、r will finish the work of logical compiling, simplification, division, synthesis, optimizing, layout, tracking and simulating automatically, and it can also accomplish the work of proper compiling, logical projecting and downloading of the target chip. As a result, it evidently improves the efficien

6、cy and reliability of the circuit design, and it also lighten designers workload. This experiment has designed a multifunctional digital clock via using the MAX+PLUSII, and the basic and extended performances and functions are successfully realized in the hardware. This system includes time circuit,

7、 alarm circuit, dynamic display circuit, control circuit, display circuit. In the system, the segment display can display time in the 24-hour format, it includes such functions as clear, hold, check the time and so on. We can also add alarm, stopwatch, 12-hour format display and other functions on t

8、hat basic. In the designing process, many parts are modularized, they are not only independent but also related. Many functions are finished by the software. So it simples the circuit and enhances the stability of the system. Not only all the basic and extended performances and functions are success

9、fully realized, but also accomplish some innovation functions.Keywords Digital clock, arithmometer, multifunctional, dynamic display,schematic diagram, simulate, modularization目 录摘 要 2Abstract 31、前 言 62、EDA技术的介绍及发展 73、总体方案设计 9 3.1 设计内容 93.2 方案比较 93.3 方案论证 103.4 方案选择 104、多功能数字中的设计 12 4.1 课题要求 12 4.2

10、课题分析 12 4.3 功能实现 13 4.3.1 秒计时模块 14 4.3.2 分计时模块 16 4.3.3 小时计时模块 17 4.3.4 校时校分模块 19 4.3.5 整点报时模块 19 4.3.6 时段控制模块 20 4.3.7 连接各模块 21 4.4 下载过程 23 4.5 总结报告 26 5、设计总结 28 5.1 设计小结 28 5.2 设计收获 28 5.3 设计改进 286、致 谢 297、参考文献 301、前 言 本课题研究的背景和目的：二十一世纪是信息化高速发展的世纪，产业的信息化离不开硬件芯片的支持。芯片技术的进步是推动全球信息化的动力。因此在二十一世纪掌握芯片技术

11、是十分有必要的。本次课题是计算机组成原理的课程设计，这次课题旨在通过自己对所需功能芯片的设计与实现来巩固以前所学的计算机硬件基础知识，同时也提高动手实践的能力，还有为将来进行更大规模更复杂的开发积累经验。随着电子技术的发展，现场可编程们陈列FPGA和复杂可编程逻辑器件CPLD的出现，使得电子系统的设计者利用与器件相应的电子软件CAD，可以设计出自己专用的集成电路ASIC器件。这种可编程ASIC不仅使设产品达到小型化、集成化和和高可靠性。还减小设计成本和设计周期，而且器件据用用户可编程特性。在现现代计算机技术和电子工艺的发展，使得现代数字系统的设计和应用进入了新的阶段。电子设计自动化（EDA）技

12、术在数字设计中起的作用越来越重要，新的工具和新的设计方法不断推出，可编程逻辑器件不断增加新的模块，功能也是越来越强，硬件设计语言也顺应形势，推出新的标准，更加好用，更加便捷。2、EDA技术的介绍及发展EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL（ Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局

13、布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。 硬件描述语言HDL是相对于一般的计算机软件语言，如：C、PASCAL而言的。HDL语言使用与设计硬件电子系统的计算机语言，它能描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接方式。设计者可利用HDL程序来描述所希望的电路系统，规定器件结构特征和电路的行为方式；然后利用综合器和适配器将此程序编程能控制FPGA和CPLD内部结构，并实现相应逻辑功能的的门级或更底层的结构网表文件或下载文件。目前，就FPGA/CPLD开发来说，比较常用和流行的HDL主要有ABEL-HDL、AHDL和VHDL。EDA技术的发展可将EDA技术分为三个阶段：（1）七十年代为

14、CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。（2）八十年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。（3）九十年代为ESDA阶段，尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种EDA软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设

15、计环节间的衔接。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是ESDA即电子系统设计自动化。目前的EDA产业正处在一场大变革的前夕，对更低成本、更低功耗的无止境追求和越来越短的产品上市压力正迫使IC供应商提供采用0.13m或以下的千万门级的系统芯片，而这些系统芯片的高复杂性设计更加依赖于EDA供应商提供全新的设计工具和方法以实现模拟前后端、混合信号和数字电路的完全整合。然而，这些新的需求为当代EDA工具和设计方法带来了不少新的挑战与机会。例如，如何在工艺上防止模拟电路与数字电路之间的干扰；现有的大部份EDA工具最多只能处理百万门级设计规模，随着IC设计向千万门级以上规模发展，现有

16、EDA工具和方法必须进行升级。如何融合各EDA供应商的工具，以便向IC设计界提供更高效能和更方便的RTL-to-GDSII或Conc-ept-to-GDSII整合设计环境；为保证深亚微米(0.13m或以下)和更低内核工作电压(1.8V或以下)时代的信号完整性和设计时序收敛，必须采用新的设计方法。半导体工艺的每一次跃升都促使EDA工具改变自己，以适应工艺的发展；反过来EDA工具的进步又推动设计技术的发展。可以说EDA工具是IC设计产业的背后推手。系统芯片（SOC）正在迅速地进入主流产品的行列。由此引发的“芯片就等于整机”的现象，将对整个电子产业形成重大的冲击。种种迹象表明，整个电子产业正在酝酿着一场深刻的产业重组，这将为许多新兴的企业提供进入这一行业的最佳。 EDA