基于EDA技术的数字电子钟设计
摘 要：可编程逻辑器件(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。
本文主要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。系统程序基于VHDL语言，采用模块化设计方法。系统设计包含9个子程序模块，分别是：分频模块，60进制模块，24进制模块，闹钟模块，定时模块，60BCD码模块，24BCD码模块，七段码显示模块，扫描模块。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。先由分频模块输出时钟信号，然后由60进制实现秒和分的计数，24进制实现小时的计数，再转换成BCD码，由七段显示器来显示时间。为了节省电流消耗，采用了扫描模块使6个显示器轮流显示。该电子钟还带有闹钟和定时的功能。
关键词：FPGA；数字系统设计；VHDL；电子钟
摘 要 Ⅰ
目 次 Ⅲ
术 语 表 Ⅳ
1 绪论 1
1.1 立题背景和意义 1
1.2可编程逻辑器件的发展历程 1
1.3可编程器件FPGA/CPLD 1
1.4国内外的研究现状 2
1.5本文的目的与意义 3
1.6本文的结构 3
2 FPGA基本结构与工作原理 4
2.1 FPGA 的基本结构 4
2.2 FPGA的工作原理 4
3 数字系统设计 5
3.1数字系统设计方法 5
3.2 基于FPGA的应用系统设计 5
3.3 数字系统设计的重要工具——VHDL 6
4 基于EDA技术的电子钟设计 7
4.1系统设计的总体思路 7
4.2各模块功能及其软件实现 8
4.2.1计数脉冲1Hz_generator组件 8
4.2.2 60进制计数器组件 9
4.2.3 24进制计数器组件 11
4.2.4 闹钟设定组件 12
4.2.5 定时组件 15
4.2.6 i60bcd组件 18
4.2.7 i24bcd组件 20
4.2.8 二进制转换为七段码组件 21
4.2.9 七段显示器扫描输出电路组件 23
4.3电子时钟系统整体软件实现 26
5 结论 30
参 考 文 献 31
致 谢 32
术 语 表
在entity模块里，定义了系统的输入\输出端口信号，以下是系统输入信号：
Reset：系统内部重置信号；
Clock：由外接信号发生器提供1Hz的系统时钟信号；
Alarm：闹钟设定按键信号；
Stop：定时器设定动作按键；
Ok：任何设定动作的确定键；
Sec_tune：秒数调整的按键信号；
Min_tune：分数调整的按键信号；
Hour_tune：时数调整的按键信号；
另外，系统必须响应使用者的各种操作行为，以便使用者的选择判断，因此定义了下列系统输出信号。
Led_alarm：表示闹钟设定时间已到；
Led_stop：表示计时器定时时间已到；
Seg4：分与秒的4个数字多路扫描输出，可显示在七段显示器上；
P1，p2，p3，p4：分与秒的4个数字多路扫描电源激活输出线；
Seg2：时的2个数字多路扫描输出，可显示在七段显示器上；
P5，p6：时的2个数字多路扫描电源激活输出线；
对所有VHDL程序都应加入下列几行有关库及程序包的调用。
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.std_logic_arith.all;
use IEEE.std_logic_unsigned.all;
在architecture模块里，定义了一些功能模块间整体共享的传递信号，以整合所有模块的功能。这些信号将成为各个模块的外部输入或输出信号，诸如：
Hz1：表示1s的时钟；
N_sec,n_min：表示正常持续不断的计数时间——分与秒，整数形式；
N_hour：表示正常持续不断的计数时间——小时，整数形式；
A_sec,a_min：表示闹钟的计数时间——分与秒，整数形式；
A_hour：表示闹钟的计数时间——小时，整数形式；
S_sec,s_min：表示定时器的计数时间——分与秒，整数形式；
S_hour：表示定时器的计数时间——小时，整数形式；
Second,minute：表示被选择输出的计数时间——分与秒，整数形式；
Hour；表示被选择输出的计数时间——小时，整数形式；
Sec_one,：Sec_ten,min_one,min_ten：表示被选择输出的计数时间——分与秒的个位数与十位数，BCD形式；
Hour_one,hour_ten：表示被选择输出的计数时间——小时的个位数与十位数，BCD形式；
Seg7_one,seg7_ten,min7_one,min_7ten：表示被选择输出的计数时间——分与秒的个位数与十位数，七段码显示形式；
Hour7_one,hour7_ten：表示被选择输出的计数时间——小时的个位数与十位数，七段码显示形式；
Stop_index：表示定时器定时时间终了的指针；
alarm_index：表示闹钟的设定时间结束的指针；
