毕业设计论文-基于fpga的数字秒表设计

毕业设计论文-基于fpga的数字秒表设计内容摘要：

……………………… ………………………… …… END CASE。 END IF。 END PROCESS。 END ART。 ② BCD 七段译码器 LIBRARY IEEE。 USE。 USE。 ENTITY BCD7 IS PORT( BCD:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 LED:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0))。 END BCD7。 10 ARCHITECTURE ART OF BCD7 IS BEGIN LED=1111110WHEN BCD =0000 ELSE 0110000WHEN BCD =0001 ELSE 1101101WHEN BCD =0010 ELSE 1111001WHEN BCD =0011 ELSE 0110011WHEN BCD =0100 ELSE 1011011WHEN BCD =0101 ELSE 1011111WHEN BCD =0110 ELSE 1110000WHEN BCD =0111 ELSE 1111111WHEN BCD =1000 ELSE 1111011WHEN BCD =1001 ELSE 0000000。 END ART。 (1) 时基分频模块的仿真（如图 4 示） 图 4 基分频模块的仿真 分析： CLK 为时钟信号的输入 ， CO 为分频输出信号。 (2) 控制模块的仿真（如图 5 示） 11 图 5 制模块的仿真 分析： CLK、 CLR 和 SP 为输入信号， EN 为输出信号。 (3) 计时电路模块的仿真（如图 6～ 图 8 示） a、 十进制计数器的仿真（如图 6 示 ） b、 六进制计数器的仿真（如图 7 示） c、 计数器的仿真（如图 8） 图 6 进制计数器的仿真 图 7 进制计数器的仿真图 12 图 8 计数器的仿真图 分析： clk 为时钟脉冲脉冲， s_1ms 是毫秒计数值， s_10ms 是十毫秒计数器，s_100ms 是百毫秒计数器， s_1s 是秒计数器， s_10s 是十秒计数器， m_1min 是分计数器， s_10min 是十分计数器， hour 是小时计数器。 它们均为输入信号。 每来两个时钟脉冲， s_1ms 加 1，当 s_1ms 满十时， s_10ms 加 1，依次类推， s_10ms 满十的时候，s_100ms 加 1 等等作为输出 [11]。 (4) 显示电路模块的仿真（如图 9～图 10 所示） a、 数据选择器的仿真（如图 9 所示） b、 BCD 七段译码器驱动器的仿真（如图 10 所示） 图 9 数据 选择器的仿真图 13 图 10 BCD 七段译码器的仿真图 分析： bcd 为时钟脉冲输入信号， led 是输出信号，如图所示：当输出为“ 1111110”时候，输入为“ 0000”；当输出为“ 0110000”时输入“ 0001” ,当输入为“ 0010”时输出为“ 1101101”，当输入为“ 0011”时输出为“ 1111001”等等来实现七段译码功能 [12]。 (5) 数字秒表整个系统的仿真（如图 11 所示） 图 11 数字秒表起始工作的仿真图状态仿真图 分析：秒表开始从零开始计数，每次增加 10ms。 工作很正常的进行。 ⒋ 硬件电 路的设计与调试 本系统的主要逻辑设计由一片 EPF10K10LC844 芯片完成，编写的 VHDL 源程序在Altera 公司的逻辑综合工具 Max+PlusⅡ下经过编译和功能仿真测试后，针对下载芯片进行管脚配置，下载到 EPF10K10LC844 芯片中，进行相应的硬件调试，调试结果与软件仿真的结果相吻合，验证了设计完成了预定功能 [13]。 根据需求选择电路的设计单元进行组合，完成系统的原理图设计与 PCB 设计，对制作好的 PCB 板，或准备好的面包板，按照装配图或原理图进行器件装配，装配好之后再进行电路的调试。 PCB 板制作 本设计的 PCB 电路板通过 Protel99 来完成。 首先创建扩展名为 DDB 的设计文件，打开 Document 文挡新建 Schematic document 文件，在此文件里面画出本设计的各模 14 块电路图，添好元器件的封装，生成网络表。 然后在 Document 文挡新建 PCB document文件，装载网络表。 装载网络表完成后将各元器件重新布局，让图中的交叉线尽可能的少，以免布线时出现过多的交叉线。 重新布置元件位置后，根据需要修改布线参数。 根据制作的难易程度一般在元器件少的情况下选择单面 PCB 板，因为元器件少时 单面板布线的成功率高，易于腐蚀和焊接，本设计的电路图不是很复杂，且采用了分模块设计，故均采用单面 PCB 板。 另一个需要修改的参数是 PCB 板的线宽。 线宽的选择很重要，线宽太细在腐蚀时易出断线，线宽太宽需要的板子面积就大，这样浪费材料，不经济。 线宽一般选择在 ～ 2mm 之间。 本设计的线宽除地线和电源线以外，均采用 线宽，最终效果很好 [14]。 PCB 板本身的基板是由绝缘隔热、且不易弯曲的材料所制作成。 在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个 PCB 板上的，而在制造过程中部分被腐蚀处理掉 ，留下来的部分就变成网状的细小线路了。 这些线路被称作导线或称布线，并用来提供 PCB 板上零件的电路连接。 通常 PCB 板的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊漆的颜色。 是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。 在 布局时首先要考虑的一个因素就是电性能，把连线关系密切的元器件尽量的放在一起，尤其对一些高速线，布局时就要使它尽可能地短，功率信号和小信号器件要分开。 在满足电路性能的前提下，还要考虑元器件摆放整齐、美观，便于测试，板子的机械尺寸，插座的位置等也需认真考虑。 所有平行信号线之间要尽量留有较大的间 隔，以减少串扰。 如果有两条相距较近的信号线，最好在两线之间走一条接地线，这样可以起到屏蔽作用。 设计信号传输线时要避免急拐弯，以防传输线特性阻抗的突变而产生反射，要尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆弧线。 PCB 板布线完成后即用转印纸将所有的板层打印出来。 将选好的 PCB 板除污后用转印机将转印纸上的碳迹转印到 PCB 板上。 转印完成后检查转印的碳迹是否有断线，若有则用油漆或碳笔将断线连接起来，然后把 PCB 板放到三氯化铁的水溶液中进行腐蚀。 腐蚀的温度在 37 度为宜，在三氯化铁溶液浓度足够， PCB 板面积不大的情况下半小时就 可腐蚀完成。 需要注意在腐蚀过程中不断搅拌三氯化铁溶液，可以使 PCB板的腐蚀速度加快。 元器件的焊接 腐蚀好的 PCB 板除去残留的三氯化铁残液和碳迹后，在有导线的一面刷一层松香。 刷松香的作用有两个：一是防止 PCB 板上的铜线被空气中的氧所氧化；二是在以 15 后的焊接中更容易焊接并提高焊点的可靠性。 刷过松香后把板子上有焊盘的地方打孔，打孔需要根据焊盘的大小更换钻头以免焊盘太小，影响焊接的可靠性 [15]。 电路组装与调试 在实验箱上按各单元电路分别连接主控制器、计数器、数字显示译码器和脉冲信号发生器。 然后按照以下步骤进行调试： (1) 脉冲信号发生器的调试，调试振荡电路和分频电路，使输出频率符合设计要求 [15]。 (2) 将脉冲信号产生的 1024HZ 的脉冲送入主控制器的 CP 端，观察主控制器的状态是否按周期规律规律变化。 反复调试，直到准确为止。 (3) 将脉冲信号产生的 1024HZ 的脉冲送入计数器的 CP 端，接入主控制器的状态信号，并把主控制器的状态转换信号送入主控制器的 CP 端，观察计数器是否正常计数并进行秒表显示。 (4) 把 主控制器的状态转换信号接至 LED 数码管的译码电路，观察 6 个 LED 数码管是否按设计要求显示计数。 (5) 整机联调，使数字秒表电路按要求正常工作。 注意事项 在 EDA 实验箱上测试过程 芯片的选取必须要于实验箱相一致，否则将会有硬件无法连接的错误。 引脚分配时要注意引脚的输入输出关系，否则将无法正常的进行数据传输。 跳线的选择，实验箱上做动态显示时必须把静态的跳线拔去，因为该实验箱上静态具有优先权。 制板过程 在做 PCB 板时注意元件的封装，否则将会有 [1]丢失元件错误例： Component R1 not found；这种错误多为封装错误，应该在 Schematic document 文档电路图中修改对应的元件封装。 [2]找不到接点的错误。 例： NodeR12 not found；这种错。