1 用 言實現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計方案 課程設(shè)計目的 （ 1） 入 在 臺上用 （ 2） 邏輯綜合 將源程序編譯后，為設(shè)計系統(tǒng)選擇一個電路實現(xiàn)方案，按照這個方案進行邏輯綜合和優(yōu)化，生成 1個電路網(wǎng)表文件 （ 3） 功能仿真 檢查自己的設(shè)計是否達到和完成要求的邏輯功能 （ 4） 設(shè)計實現(xiàn) 布局、布線及配置，最后生成可以寫到芯片中的目標(biāo)文件 （ 5）時序仿真 是適配到選定的芯片后進行的仿真，它模擬芯片的實際動作，仿真時間模型嚴(yán)格將門級延時計算在內(nèi)，可以分析出競爭與冒險，時序仿真驗證過的 電路與實際電路基本上已致。 2 、課程設(shè)計內(nèi)容及要求 計任務(wù) 設(shè)計實現(xiàn)一個具有帶預(yù)置數(shù)的數(shù)字鐘，具有顯示年月日時分秒的功能。用6 個數(shù)碼管顯示時分秒， 鈕產(chǎn)生第一個脈沖時，顯示切換年月日，第 2 個脈沖到來時可預(yù)置年份，第 3 個脈沖到來時可預(yù)置月份，依次第 4、 5、 6、 7 個脈沖到來時分別可預(yù)置日期、時、分、秒，第 8 個脈沖到來后預(yù)置結(jié)束，正常工作，顯示的是時分秒。 高電平時， 脈沖到達時，預(yù)置位加 。 （ 1）可以采用與教材上不同的設(shè)計方法完成以上基 本內(nèi)容。 （ 2）可以在基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加其它功能。 2 3、 序設(shè)計 個設(shè)計方法各有其優(yōu)缺點。 一， 采用一個結(jié)構(gòu)體，多個進程的設(shè)計方法。其優(yōu)點是速度快，但是一個結(jié)構(gòu)體，各個進程的邏輯關(guān)系比較復(fù)雜，而且代碼的可讀性，可移植性較差。 二， 狀態(tài)機的設(shè)計方法，狀態(tài)機結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換不易處理。 三， 元件例化的設(shè)計方法，元件例化使各個模塊之間分得更加有層次，易于 讀，缺點有可能使各個模塊之間存在邏輯關(guān)系的沖突。 本課程設(shè)計，主要采用了元件例化的設(shè) 計方法實現(xiàn)。 頻模塊 直接將實驗箱的頻率用于數(shù)字鐘的計數(shù)，可能會導(dǎo)致錯誤，實驗箱直接給出的 1需要將 1000分頻。本模塊直接采用單進程實現(xiàn)設(shè)計，本模塊還包括一個置數(shù)脈沖的設(shè)置 下一次 1， 000 時顯示時分秒，為 001 時顯示年月日，為 010 對年進行置數(shù)，為 011對月進行置數(shù)，為 100對日進行置數(shù)，為 101對時進行置數(shù)，為 110對分進行置數(shù)，為 111對秒進行置數(shù)， 連接著后面四個計數(shù)，置數(shù)，模塊的 以進行模塊顯示的選擇。 置的周期為 5 000分頻， 1000 分頻后的 月日計數(shù)模塊的計數(shù)時鐘，置數(shù)時鐘則直接輸入，連接兩個置數(shù)模塊。 以下程序是實體部分 is : : : ) 3 ); 分秒計數(shù)模塊 時分秒可選用多進程或者單進程的方法，多進程速度快，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。故本設(shè)計選用單進程方法。當(dāng)秒計數(shù)到 59 時向分進位，分計到 59 且秒為 59 時向時進位，當(dāng)計到 23 時 59 分 59 秒時向天進位，同時對時分秒進行清零。程序中主要使用了 語句。最后驗證表明此設(shè)計方法可實現(xiàn)題目要求的功能。以下是程序的實體部分 is ); s0, ); m0, ); h0, ); ); : : ); 4 分秒置數(shù)模塊 時分秒置數(shù)模塊不同于計數(shù)模塊，置數(shù)模塊我選用了另一個置數(shù)時鐘，也可以說是置數(shù)脈沖。時分秒置數(shù)有使能端口 有效），置數(shù)使能端口 過 時置數(shù)是減 1 模式 ， 時是加 1 模式）判定是加 1 還是減 1。當(dāng)輸入長度為三位的 101時對時進行置數(shù)，當(dāng) 10時對分進行置數(shù)，當(dāng) 11時對秒進行置數(shù)。 時分秒的置數(shù)實現(xiàn)方式可有多種方法，可用狀態(tài)機，多進程和單進程等方法實現(xiàn)，相比于別的設(shè)計方法，單進程的設(shè)計方法易于實現(xiàn)，沒有復(fù)雜的對應(yīng)關(guān)系，而且本功能的實現(xiàn)不許過于復(fù)雜的邏輯關(guān)系。本設(shè)計使用了單進程 內(nèi)部使用嵌套的 if 句實現(xiàn)預(yù)期的功能。以下是該功能的輸入輸出端口： is : ); s0, : ); m0, : ); 5 h0, : ); : 預(yù)置數(shù)加 1， 預(yù)置數(shù)減 1 : ; 月日計數(shù)模塊 年月日的計數(shù)模塊與時分秒的計數(shù)模塊稍有不同，年月日需要考慮閏年 2月份的情況，閏年到來時 2月份為 29天，其他情況 2月份為 28天?？紤]閏年相對應(yīng)的閏月的情況，就會出現(xiàn)不同的年份對應(yīng)的 2月的天數(shù)的不同，其他的可將1， 3， 5， 7， 8， 10， 12 歸成一類，這幾個月每 個月的天數(shù)是 31天，而 4， 6， 9，11這幾個月又歸為一類，每個月有 30天，二月分為特殊的一類，閏年有 29天，非閏年為 28天。對瑞年的判斷，由于數(shù)碼管只能顯示年的十位和個位，前兩位默認為 20，故只要后兩位能被 4整除即是閏年。這樣我們就可以把所有的閏年的情況列出來： 00,04,08,20,24,28,40,44,48,60,64,68,80,84,88,12,14,32,34,52,54,72,74,92,94。用 (0000OR 0010OR 0100OR 0110 OR 01000)0000 OR 0100OR 01000)0001 OR 0011 OR 0101OR 0111 OR 1001)0010OR 0110)。 同時模塊內(nèi)部設(shè)計了進位脈沖，當(dāng)計滿 12 個月時向年產(chǎn)生進位，年數(shù)加 1。以下是實體部分： 6 is : : ); : ); : ); : : ) ); 月日置數(shù)模塊 年月日置數(shù)模塊不同于時分秒的置數(shù)模塊，在年月日的置數(shù)模塊中我們需要考慮閏年相對應(yīng)的閏月的情況，具體和上一模塊年月日計數(shù)模塊原理一樣。 有效。 置數(shù)模式的選擇控制端， 時置數(shù)處于加 1模式， 置數(shù)處于減 1模式， 10時對年進行置數(shù)， 11時對月進行置數(shù)， 00 時對天進行置數(shù)。 本設(shè)計對于本模塊使用了單進程，內(nèi)部使用了 if 語句實現(xiàn) 7 預(yù)期的功能。以下是該置數(shù)模塊的實體部分： is : : ); : ); : ); : : ) ); 擇器模塊 為了使時分秒計數(shù)模塊、時分秒置數(shù)模塊、年月日計數(shù)模塊、年月日置數(shù)模塊能夠更好與時間顯示切換模塊相連接，需要增加兩個選擇器進行 輔助，不然24 個端口會引起資源不夠的警告。兩個選擇器先分別對時分秒計數(shù)模塊和時分秒置數(shù)模塊、年月日計數(shù)模塊和年月日置數(shù)模塊進行選擇，再與時間顯示切換模塊相連接。端口如下： is : 8 : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : );s0, : ); m0, : ); h0, : ) ); 9 間顯示模塊 時間顯示模塊連接于上一模塊兩個選擇器，選擇器模塊已經(jīng)通過 不同值進行選擇了一次，在這一模塊再次通過 不同值，對要顯示的模塊進行選擇。當(dāng) 000 ， 101 ， 110 ， 111，顯示模塊顯示選擇器 1上的內(nèi)容，當(dāng)其他情況下，顯示模塊顯示選擇器 2上的內(nèi)容。各部分端口 如下： : : );: ); : ); : ); 10 : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); : ); ); : ); : ); : ); : ) ); 11 點報時模塊 整點報時模塊，相連與上一模塊是時分秒計數(shù)模塊，每當(dāng)分計數(shù)到 59 時，輸出一個高電平，進行報時，持續(xù)時間為 60S。各部分端口如下： in 元件例化模塊 該模塊將分立的所有模塊連接起來，運用端口映射的方式，將各個模塊通過相應(yīng)的信號線相連，這也是一個容易出現(xiàn)問題的地方，很容易造成連接失敗。 實驗箱頻率輸入， 接與各個兩個置數(shù)端口的 連， 輸入脈沖，直接與分頻模塊的 同時分頻模塊的 以下是實體部分： S 12 ( : : 沖 1000分頻 產(chǎn)生 1 高時 預(yù)置 +1 為低時 -1 : : ); ); : ); : ); : ); : ); : 分鐘 ); 內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)如下： 13 14 4、仿真與分析 頻模塊仿真波形 000分頻后輸出， 分秒計數(shù)模塊仿真波形 分鐘對小時進位。 15 分秒置數(shù)模塊 仿真波形 對時置數(shù)。以加置數(shù)為例，下同。 對分置數(shù)。 對秒置數(shù)。 月日計數(shù)模塊仿真波形 年月日計數(shù)模塊。閏年， 2月 29天。 非閏年， 2月 28天。 16 月日置數(shù)模塊 仿真波形 10，對年進行置數(shù)，可以置數(shù)到 99。 11，對月進行置數(shù)，滿 12時，返回 1月份。 00，對日進行置數(shù)。 非閏年， 2月份置數(shù) 28天。 閏年， 2月份置數(shù) 29天。 17 點 報時 模塊的仿真波形 每給該模塊一個高電平，輸出一個高電平，持續(xù) 60s。 5、 器件編程下載及設(shè)計結(jié)果 由于實驗室的設(shè)備有限，因此器件下載的步驟未進行。 6、課程設(shè)計 總結(jié) ，包括 會和建議 這次數(shù)字鐘的課程設(shè)計在實驗室進行了整整兩天，前期也進行了大量的準(zhǔn)備，查閱一些相關(guān)書籍和一些以前的成功設(shè)計的數(shù)字鐘文檔，并且也事先動手編寫了幾個模塊的程序，感覺用 言編寫程序設(shè)計一些系統(tǒng)還是十分有意思，真正自己動手實現(xiàn)一些功能要比單純的學(xué)習(xí)一些語法的理論知識來的更加的有意義，在實驗中我們可以學(xué)習(xí)到課本上學(xué)不到 的知識，同時也更加的有趣味性，不是那么的乏味，加深了對 門課程的理解與應(yīng)用。 當(dāng)然在數(shù)字鐘的編寫與仿真中也遇到了許多的問題，但也正是這些問題給我?guī)砹撕艽蟮氖斋@。先說說我采用的是模塊化的設(shè)計方法，這種方法為我?guī)砹撕艽蟮谋憷?，使我的設(shè)計思路十分的清晰，當(dāng)程序在仿真的過程中出現(xiàn)了什么問題可以很快的找到出現(xiàn)的問題的源程序，方便進行查錯和修改，使大的系統(tǒng)大的程序的編寫，編譯變得非常的有條理化，我想這個方法會在我以后的學(xué)習(xí)工作中發(fā)揮相當(dāng)大的作用。 再一個就是編寫程序時遇到的問題，最明顯的一個問題就是未給一些變 量賦初值，這個問題困擾了很長時間，程序的邏輯和語法都沒有問題，但是在仿真時就是不能出現(xiàn)自己想要的仿真波形，最后賦予了初值才解決了這個問題。還有就是一些細節(jié)的問題，可能是由于在自己編寫的時候不是很認真還有一些打錯字符的現(xiàn)象，在程序編譯的時候不能夠通過，當(dāng)程序多了的時候找起來就不是很容 18 易了，我想我以后應(yīng)該盡量的減少這種錯誤，以免造成不必要的麻煩，浪費時間；還有個問題就是當(dāng)你分別測試過各個分模塊都沒有問題的時候，把他們整合到一起還是有時候會出現(xiàn)一些小問題，這種問題找起來就不是很容易了，你必須重新理清各個模塊之間的 連線關(guān)系仔細的查找，才能把問題找到并把它解決，不過還是得益于模塊化這種設(shè)計方法，使你很清楚的知道整個系統(tǒng)的構(gòu)成以及各個模塊之間的聯(lián)系，大大的增加了效率；再有個問題就是我們在編寫程序的時候很容易忽視掉硬件的平臺和一些硬件的電路， 術(shù)最大的好處就是把硬件的設(shè)計轉(zhuǎn)換成軟件的編程設(shè)計實現(xiàn)，但同時我們也不能忽視掉硬件，應(yīng)該把軟件的編程和硬件平臺都聯(lián)系起來，要不然很容易編的程序不能夠很好的適用到硬件平臺，出現(xiàn)一些你根本就想不到的問題，為我們帶來了很大的麻煩。還有一些警告，就是總是產(chǎn)生一些不必要的鎖存器，這個問題困 擾了我很久，經(jīng)過我大量的查閱資料，終于弄清原因，這主要是 者 句不完整造成的。以后在使用這兩個語句時，一定要保證語句的完整，防止不必要的鎖存器產(chǎn)生。 通過這幾天的 數(shù)字鐘課程設(shè)計真的使我收獲很多，我想我以后還會加強這方面的實踐經(jīng)歷，多多的積累經(jīng)驗，但這次實驗也有一些小小的缺憾，就是沒能夠自己動手進行程序向器件中的下載，希望實驗室能夠盡快更新一些實驗設(shè)備。 7、 參考文獻 1 劉皖 ,何道君 ,譚明編著 M. 清華大學(xué)出版社 , 2006 2 黃智偉主編 計與實踐 M. 電子工業(yè)出版社 , 2005 3 潘松 ,王國棟編著 M. 電子科技大學(xué)出版社 , 2000 4 侯伯亨 ,顧新編著 M. 西安電子科技大學(xué)出版社 , 1999 5 夏宇聞編著 M. 北京航空航天大學(xué)出版社 , 1998 6 盧毅 ,賴杰編著 M. 科學(xué)出版社 , 2001 7 王曉峰 . 基于 言的可置數(shù)十位計數(shù)器的設(shè)計 J. 長 春大學(xué)學(xué)報 . 2010(12) 分頻模塊 1000 分頻 19 21:27:02 01/13/2014 - - - to - is : : : ) ); 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