1、FPGA数字跑表程序设计与防仿真一、 设计名称：基于FPGA的数字系统设计(数字跑表)二、 设计指标：1、跑表精度为0.01秒2、跑表计时范围为：1小时3、设置开始计时/停止计时、复位两个按钮4、显示工作方式：用六位BCD七段数码管显示读数。显示格式为xx分xx秒xx0.01秒三、 设计要求：1、设计出符合设计要求的解决方案2、设计出单元电路3、利用EDA软件对各单元电路及整体电路进行仿真4、利用EDA软件在实验板上实现设计四、 方案设计：1、由石英振荡器产生正弦信号，然后通过分频器分频产生需要的分频信号2、由开关通过使能控制对计数器的工作状态进行控制3、分频信号控制计数器计数4、将计数器结果
2、输入显示模块，完成在七段数码管上的显示五、 系统设计框图：六、 单元电路划分1 分频器 （1）设计思路：由于显示最末位为0.01秒故需给计数器提供100Hz的时钟信号；显示部分由于一次只能显示单只数码管，为满足设计要求一次显示六位则需提高显示模块时钟信号频率，利用视觉效应使人一次看到六位显示，故分频器需要提供100Hz和1KHz两个输出信号。分频器通过计数的方法实现分频功能。 （2）元件符号： （3）源程序：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIG
3、NED.ALL;entity clock is Port ( clk : in STD_LOGIC; clk1 : out STD_LOGIC; clk2 : out STD_LOGIC);end clock;architecture Behavioral of clock issignal fcount1:integer range 1 to 24000:=1;signal fcount2:integer range 1 to 5:=1;signal clk1_tmp:STD_LOGIC:=0;signal clk2_tmp:STD_LOGIC:=0;begin process (clk,f
4、count1,clk1_tmp) begin if clkevent and clk = 1 then if fcount1= 24000 then fcount1 = 1; clk1_tmp= not clk1_tmp; else fcount1 = fcount1 + 1; end if; end if;end process;clk1= clk1_tmp;process (clk1_tmp,clk1_tmp,fcount2,clk2_tmp) begin if clk1_tmpevent and clk1_tmp = 1 then if fcount2= 5 then fcount2 =
5、 1; clk2_tmp= not clk2_tmp; else fcount2 = fcount2 + 1; end if; end if;end process;clk2=clk2_tmp;end Behavioral;（4）仿真结果： （5）结果分析：仿真结果显示分频程序正确的产出了实验所需频率信号.2 十进制计数器 （1）源程序：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity counter10 is Port ( r
6、st : in STD_LOGIC; clk : in STD_LOGIC; carry_in : in STD_LOGIC; carry_out : out STD_LOGIC; count_out : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);end counter10;architecture Behavioral of counter10 issignal count_tmp:STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0):=0000;signal pause : STD_LOGIC:=1;beginprocess(clk,rst,carry_in
7、,count_tmp)beginif rising_edge(carry_in) thenpause = not pause;end if;if rst=0 then count_tmp=0000; carry_out=0; elsif clkevent and clk=1 then if pause=1 then if count_tmp=1001 then count_tmp=0000; carry_out=1; ELSE count_tmp=count_tmp+1; carry_out=0; end if; end if;end if;count_out=count_tmp;end pr
8、ocess; end Behavioral;（2）仿真结果： （3）结果分析： 仿真结果显示当无reset信号输入时计数器正常计数并在记满时自动清零并产生进位信号，当有reset输入时会清零，程序符合设计要求.3 六进制计数器 （1）源程序：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity counter6 is Port ( rst : in STD_LOGIC; clk : in STD_LOGIC; carry_in :
9、in STD_LOGIC; carry_out : out STD_LOGIC; count_out : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);end counter6;architecture Behavioral of counter6 issignal count_tmp:STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0):=0000;beginprocess(clk,rst,carry_in,count_tmp)beginif rst=0 then count_tmp=0000; carry_out=0; elsif clkevent and cl
10、k=1 then if carry_in=1 then if count_tmp=0101 then count_tmp=0000; carry_out=1; ELSE count_tmp=count_tmp+1; carry_out=0; end if; end if;end if;count_out=count_tmp;end process;end Behavioral;（2）仿真结果：4 显示模块（1）设计思路：数码管显示需要对应位置显示对应位数的时间，故需要一个信号同时选择六个地址输入的一个和其所对应的数码管，因此需要一个六位计数器产生这个选择信号。前级计数器的地址输入为4位地址输入
11、而数码管段选信号为7位信号，因而需要对输入的地址信号进行七段译码。由于硬件要求还需输出一低电平信号使数码管能正常工作。 （2）元件符号：（3）源程序：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- Uncomment the following library declaration if instantiating- any Xilinx primitives in this code.-library UNISIM;-use UNI
12、SIM.VComponents.all;entity xiansi is PORT(count_out1 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); count_out2 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); count_out3 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); count_out4 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); count_out5 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); count_out6 : in STD_LOG
13、IC_VECTOR (3 downto 0); clk : in STD_LOGIC; led : out STD_LOGIC_VECTOR (6 downto 0); sel:out STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0 ); led_en: out STD_LOGIC);end xiansi ;architecture Behavioral of xiansi issignal sel_tmp: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0);signal y_tmp : STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);beginprocess(
14、clk)beginif clkevent and clk = 1 then if sel_tmp=101 then sel_tmp=000; else sel_tmpy_tmpy_tmpy_tmpy_tmpy_tmpy_tmpy_tmpledledledledledledledledledledled=0000000;end case;end process;led_en=0;selT8；reset=E4；ssignal=G6; G=D7; sel0=F8; sel1=D8; sel2=E7;led0=A11; led1=B12; led2=A12; led3=C12; led4=C13; l
15、ed5=A13; led6=B14(3) 下载过程：双击【 Generate Programing File】关闭弹出的窗口双击【 Generate Prom, ACE,or JTAG File】双击【 Finish】，选择后缀为bit的文件，单击【 Open】，最后单击【 Bypass 】光标移至该图标，单击右键，然后单击【Program】，点击【OK】,下载成功八、测试结果 七段数码管可以正确显示时间，从00:00:00到了59:59:99（59分59秒99*0.01s）再自动转到00：00：00，按下开始、暂停键计时暂停、开始，按下清零后计时从00：00：00重新开始。九、心得体会 通过本次试验课程，使我对FPGA开发板有了一定的了解，对使用VHDL语言设计简单数字系统的大致步骤也有了一定的认识，对编写程序中时一些基本结构和细节有了一定的掌握。加深了我对使用软件让硬件电路实现某些功能的认识与联系。
