数字电压表设计-课程设计

东 北 石 油 大 学课 程 设 计2009 年 7 月 10 日课 程 硬件课程设计 题 目 数字电压表设计 院 系 计算机与信息技术学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 东北石油大学课程设计任务书课程 硬件课程设计题目 数字电压表设计专业 计算机科学与技术学院姓名 学号 主要内容、基本要求等一、主要内容：利用 EL 教学实验箱、微机和 Quartus软件系统，使用 VHDL 语言和层次设计方法，完成硬件设计和功能仿真。最后在 EL 教学实验箱中予以实现。二、基本要求：本实验中所要求设计的数字电压表为 4 位，由三大部分组成，每一部分又包含了若干子电路，将各电路组合起来，就构成了一个整体。1、 A/D 转换接口电路的设计，负责对 ADC0809 的控制。2、 编码转换电路设计，负责把从 ADC0809 数据总线中读出的电压转换成 BCD 码。3、 输出七段显示电路的设计，负责将 BCD 码用 7 段数码管显示出来。三、参考文献1 潘松.EDA 技术实用教程M.北京：科学出版社, 2003.11-13.2 包明.EDA 技术与数字系统设计.北京航天航空大学出版社. 2002.3 EDA 先锋工作室.Altera FPGA/CPLD 设计M.北京：人民邮电出版社2005.32-33.4 潘松.SOPC 技术实用教程M .清华大学出版社.2005.1-15.完成期限： 2 周 指导教师： 专业负责人： 2012 年 6月 10 日东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称 硬件课程设计题目名称 数字电压表设计学生姓名序号 评价项目 指 标（优秀） 满分 评分1 选题难度选题难度较高，或者对原题目进行了相当程度的改进。102工作量、工作态度和出勤率工作量饱满，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。103 课程设计质量按期圆满的完成了规定的任务，方案设计合理，思考问题全面，系统功能完善。404 报告质量问题论述思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。305 回答问题在进行课程设计程序系统检查时，能正确回答指导教师所提出的问题。106 创新（加分项）工作中有创新意识，对前人工作有改进或有应用价值。在进行系统检查时能对创新性进行说明，并在报告中有相应的论述。+5总分评语：指导摘 要本文介绍了利用 EDA-V 硬件系统和微机上的 Quartus7.2-II 等软件系统。VHDL 的英文全名是 Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于 1982 年。1987 年底，VHDL 被 IEEE 和美国国防部确认为标准硬件描述语言 。自 IEEE 公布了 VHDL 的标准版本，IEEE-1076（简称 87 版）之后，各 EDA 公司相继推出了自己的 VHDL 设计环境，或宣布自己的设计工具可以和 VHDL 接口。此后 VHDL 在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。有专家认为，在新的世纪中，VHDL于 Verilog 语言将承担起大部分的数字系统设计任务。本文设计主要利用 VHDL 语言在 EDA 平台上设计一个电子数字钟，它的计时周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，另外还具有校时功能和闹钟功能。总的程序由几个各具不同功能的单元模块程序拼接而成，其中包括分频程序模块、时分秒计数和设置程序模块、比较器程序模块、三输入数据选择器程序模块、译码显示程序模块和拼接程序模块。并且使用 Quartus7.2-II 软件进行电路波形仿真，下载到 EDA 实验箱进行验证。关键词： EDA（电子设计自动化） ；VHDL（硬件描述语言） ，电压表。目录第 1 章 概 述 .11.1 EDA 的 概 念 .11.2 EDA 集 成 化 开 发 环 境 .3第 2 章 数字电压表的设计 .42.1 芯 片 ADC0809 的 控 制 时 序 .42.2 实 验 原 理 .42.3.状 态 机 的 设 计 .52.4 数 据 转 化 BCD 码 .7第 3 章 数字电压表的测试与运行及下载 .93.1 数 字 电 压 表 的 编 译 .93.3 实 验 连 线 .123.4 实 验 结 果 .12结论 .12参考文献 .13东北石油大学本科生课程设计（论文）1第 1 章 概 述1.1 EDA 的概念EDA 在通信行业（电信）里的另一个解释是企业数据架构，EDA 给出了一个企业级的数据架构的总体视图，并按照电信企业的特征，进行了框架和层级的划分。 EDA 是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在 20 世纪60 年代中期从计算机辅助设计（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。20 世纪 90 年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如 CPLD、F PGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA 技术的迅速发展。EDA 技术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利用 EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽 1。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到 EDA 技术。东北石油大学本科生课程设计（论文）21.1.1 EDA 技术及应用电子设计的必由之路是数字化，这已成为共识。在数字化的道路上，我国的电子技术经历了一系列重大的变革。从应用小规模集成电路构成电路系统，到广泛地应用微控制器或单片机(MCU)，在电子系统设计上发生了具有里程碑意义的飞跃。电子产品正在以前所未有的速度进行着革新，主要表现在大规模可编程逻辑器件的广泛应用。特别在当前，半导体工艺水平已经达到深亚微米，芯片的集成高达到干兆位，时钟频率也在向干兆赫兹以上发展，数据传输位数达到每秒几十亿次，未来集成电路技术的发展趋势将是 SOC 片上系统。从而实现可编程片上系统芯片 CPU(复杂可编程逻辑器件)和 5PGA(现场可编程门阵列)必将成为今后电子系统设计的一个发展方向。所以电子设计技术发展到今天，又将面临另一次更大意义的突破，5PGA 在 EDA(电子设计自动化)基础上的广泛应用。从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等，EDA 技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试，而且也在后期的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、器件的制作过程等有重要作用。EDA 技术的概念: EDA 是电子设计自动化的由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从EDA 技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为：EDA 技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。EDA 技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有 30 多年的历程。大致可以分为三个发展阶段。可以使用 EDA 中的仿真工具论证设计的正确性；在芯片设计阶段，可以使用EDA 中的芯片设计工具设计制作芯片的版图：在电路板设计阶段，可以使用 EDA中电路板设计工具设计多层电路板 3。特别是支持硬件描述语言的 EDA 工具的出现，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。有专家认为，21 世纪将是四 A 技术的高速发展期，EDA 技术将是对 21 世纪产生重大影响的十大技术之一。东北石油大学本科生课程设计（论文）3EDA 技术的基本特征:EDA 代表了当今电子设计技术的最新发展方向，利用EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程在汁算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的”自顶向下”的全新设计方法，这种设汁方法首先从系统设计人手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行驶证。然后，用综合优化工具生成具体门电路的网络表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路(ASIC)。 由于现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高，一般分离的中小规模集成电路组合已不能满足要求，电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片，具有高速度、高集成度