電子時鐘   EDA


電子時鐘   EDA
一、         VHDL的發展
硬件描述語言HDL是一種用形式化方法描述數字電路和系統的語言。利用這種語言，數字電路系統的設計可以從上層到下層（從抽象到具體）逐層描述自己的設計思想，用一系列分層次的模塊來表示極其復雜的數字系統。然后，利用電子設計自動化（EDA）工具，逐層進行仿真驗證，再把其中需要變為實際電路的模塊組合，經過自動綜合工具轉換到門級電路網表。接下去，再用專用集成電路ASIC或現場可編程門陣列FPGA自動布局布線工具，把網表轉換為要實現的具體電路布線結構。目前，這種高層次(high-level-design)的方法已被廣泛采用。據統計，目前在美國硅谷約有90%以上的ASIC和FPGA采用硬件描述語言進行設計。
早在1980年，因為美國軍事工業需要描述電子系統的方法，美國國防部開始進行VHDL的開發。1987年，由IEEE（Institute of Electrical and Electro- nics Engineers）將VHDL制定為標準。參考手冊為IEEE VHDL語言參考手冊標準草案1076/B版，于1987年批準，稱為IEEE 1076-1987。應當注意，起初VHDL只是作為系統規范的一個標準，而不是為設計而制定的。第二個版本是在1993年制定的，稱為VHDL-93，增加了一些新的命令和屬性。雖然有“VHDL是一個4億美元的錯誤”這樣的說法，但VHDL畢竟是1995年以前唯一制訂為標準的硬件描述語言，這是它不爭的事實和優勢；但同時它確實比較麻煩，而且其綜合庫至今也沒有標準化，不具有晶體管開關級的描述能力和模擬設計的描述能力。目前的看法是，對于特大型的系統級數字電路設計，VHDL是較為合適的。實質上，在底層的VHDL設計環境是由Verilog HDL描述的器件庫支持的，因此，它們之間的互操作性十分重要。目前，Verilog和VDHL的兩個國際組織OVI、VI正在籌劃這一工作，準備成立專門的工作組來協調VHDL和Verilog HDL語言的互操作性。OVI也支持不需要翻譯，由VHDL到Verilog的自由表達。

 二、設計要求
基本要求：
1、24小時計數顯示；
2、具有校時功能（時，分） ；
附加要求：
1、秒表功能（復位，計時）；


三、實驗程序
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY CLOCK IS
PORT (
        CLK1:IN STD_LOGIC;
        CLK2:IN STD_LOGIC;
        R1:IN STD_LOGIC;
        R2:IN STD_LOGIC;
        scond:IN STD_LOGIC;
        HOUR:IN STD_LOGIC;
        MINI:IN STD_LOGIC;
        RESET:IN STD_LOGIC;
        DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);  
  CHOICE:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
END CLOCK;
ARCHITECTURE behav OF CLOCK IS
SIGNAL LED7:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
SIGNAL SLIP:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
SIGNAL a,b,c,d,e,f,g,h:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
---------------------------------------
  PROCESS (CLK2)
     BEGIN
     IF CLK2'EVENT AND CLK2='1' THEN     
    IF SLIP<"111" THEN SLIP<=SLIP+1;
    ELSE    SLIP<="000"; 
       END IF;
          CASE SLIP IS
    WHEN "000"=> CHOICE<="00000001";LED7<=a;
    WHEN "001"=> CHOICE<="00000010";LED7<=b;
    WHEN "010"=> CHOICE<="00000100";LED7<=c;
    WHEN "011"=> CHOICE<="00001000";LED7<=d;

    WHEN "100"=> CHOICE<="00010000";LED7<=e;
    WHEN "101"=> CHOICE<="00100000";LED7<=f;
    WHEN "110"=> CHOICE<="01000000";LED7<=g; 
       WHEN "111"=> CHOICE<="10000000";LED7<=h;

    WHEN OTHERS=>CHOICE<="00000001";LED7<=a;
 END CASE;      
          END IF;
END PROCESS;
                   PROCESS (CLK1)

    BEGIN
   IF CLK1'EVENT AND CLK1='1' THEN

    IF a<"1001"THEN a<=a+1;
     ELSE b<=b+1;a<="0000";     END IF; -------0--a

    IF( a="1001"and b="0101")then
       d<=d+1;b<="0000";a<="0000";  end if;

    IF c="1100"THEN c<="1101";f<="1101";
     ELSE c<="1100";   f<="1100";  END IF; -------2--c-f--

    IF d="1010"THEN e<=e+1;d<="0000"; END IF; -------3--d

    IF( d="1001"and e="0101")then
       g<=g+1;e<="0000";d<="0000";end if;

    IF g="1010"THEN     
      h<=h+1;g<="0000";   END IF; -------6--g
    IF (h="0010" and g="0011")THEN  
       a<=a+1;h<="0000";   END IF; -------7--h
----------部分[時間可調開始-----
IF  RESET='1' THEN
         a<="0000";
         b<="0000";
         c<="0000";
         d<="0000";
         e<="0000";
         f<="0000";
         g<="0000";
         h<="0000";
     END IF; ----復位鍵
IF scond='1' THEN a<="0000";b<="0000"; END IF;----精確調整秒清零
          IF MINI='1'THEN d<=d+1;END IF;---分鐘調整
IF (d="1001" and e="0101")then
d<="0000";e<="0000";g<=g;END IF;--59分時小時不加1
IF d="1010"THEN e<=e+1;d<="0000"; END IF;---分鐘不延時
  IF HOUR='1'THEN g<=g+1;END IF;---小時調整
  IF g>"1000"THEN g<="0000";h<=h+1;END IF;--小時不延時
  IF (g="0011" and h="0010")then g<="0000";h<="0000";END IF;--小時調整不延遲
-----------部分[時間可調結束-----
-----------部分[秒表計時開始-----
 IF R1='1' THEN
         a<="0000";
         b<="0000";
         c<="1100";
         d<="0000";
         e<="0000";
         f<="1100";
         g<="0000";
         h<="0000";
     END IF;----秒表復位
IF R2='1' THEN a<=a;
else a<=a+1; END IF;---即時計時
-----------部分[秒表計時結束------
END IF;
END PROCESS;
------------------------------------------
PROCESS(LED7)
  BEGIN
   CASE LED7 IS
    WHEN "0000"=> DOUT<="0111111";
    WHEN "0001"=> DOUT<="0000110";
    WHEN "0010"=> DOUT<="1011011";
    WHEN "0011"=> DOUT<="1001111";
    WHEN "0100"=> DOUT<="1100110";

    WHEN "0101"=> DOUT<="1101101";
    WHEN "0110"=> DOUT<="1111101";
    WHEN "0111"=> DOUT<="0000111";
    WHEN "1000"=> DOUT<="1111111";
    WHEN "1001"=> DOUT<="1101111";

    WHEN "1100"=> DOUT<="0000000";
    WHEN "1101"=> DOUT<="1000000";

    WHEN OTHERS=> DOUT<="0000000";
  END CASE;
END PROCESS;

END behav;
四、     實驗仿真效果圖
實驗程序通過編譯，無錯誤，設置CLK和CLK1的寬度為1輸入信號進行仿真，得到仿真效果如下圖：



五、實驗結果：
1.       實現了基本要求：24小時計時；分鐘小時可調；
2.       并在基本要求的基礎上增加了復位，以及精確調整時的秒清零功能；
3.       解決了調節時候的分鐘和小時進位時候的延遲現象；
4.       分鐘調整時，當調整至59時，此時的小時不增加，合理化設計；
5.       簡單秒表功能：R1復位開始秒表，R2計時；
以上實驗結果現象在實驗箱上正常演示,通過老師檢查!