毕业设计FPGA数字钟设计.docVIP

绪　论 1.1.1 FPGA的概述及特点 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 特点有采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片； FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片；FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚；FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一；FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。 １.1.2　VHDL的概述及特点 VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）即超高速集成电路硬件描述语言，在基于CPLD/FPGA和ASIC的数字系统设计中有着广泛的应用。VHDL语言诞生于1983年，1987年被美国国防部和IEEE确定为标准的硬件描述语言。自从IEEE发布了VHDL的第一个标准版本IEEE 1076-1987后，各大EDA公司都先后推出了自己的支持VHDL的EDA工具。VHDL在电子设计行业得到了广泛的认同。此后IEEE又先后发布了IEEE 1076-1993和IEEE 1076-2000版本。 VHDL是硬件设计人员的一种描述工具，硬件设计本身还是要人来完成的。VHDL被设计出来的目的是为了硬件设计，具有硬件的性质。它用于描述电路系统的结构，接口，行为和功能，除了它具有的硬件特征的语句外，它的语言形式和描述风格，以及句法与一般的计算机高级语言相当类似，然而它又与软件语言具有完全不同的性质。结构简单明了，各部分负责的硬件描述明确，能避开硬件具体的器件结构，用强大的行为描述能力对电路从逻辑上进行描述和设计；可以看出，VHDL对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必关心最终设计实现的目标器件是什么；设计者的责任是把硬件的结构和功能完整详细地描述出来；此外，用VHDL设计的系统的功能可行性能够在早期就检验出来，这主要是因为随时可以对设计进行仿真；以上特点决定了VHDL拥有的另一个很重要的优势：代码的再利用功能。这一点很适合目前急速发展的市场需求。 1.2 MAX+plus II开发环境应用简介 1 、原理图输入（Graphic Editor） MAX+PLUSII软件具有图形输入能力,用户可以方便的使用图形编辑器输入电路图,图中的元器件可以调用元件库中元器件,除调用库中的元件以外,还可以调用该软件中的符号功能形成的功能块.图形编辑器窗口见图（13）。 2、硬件描述语言输入（Text Editor） MAX+PLUSII软件中有一个集成的文本编辑器,该编辑器支持VHDL,AHDL和Verilog硬件描述语言的输入,同时还有一个语言模板使输入程序语言更加方便,该软件可以对这些程序语言进行编译并形成可以下载配置数据，文本编辑器窗口见图（14）。 ３、波形编辑器(Ｗaveform Editor) 在进行逻辑电路的行为仿真时，需要在所设计电路的输入端加入一定的波形，波形编辑器可以生成和编辑仿真用的波形（*.SCF文件），使用该编辑器的工具条可以容易方便的生成波形和编辑波形。波形编辑器窗口如图（15）所示。使用时只要将欲输入波形的时间段用鼠标涂黑，然后选择工具条中的按钮，例如，如果要某一时间段为高电平，只需选择按钮 ”1”。 还可以使用输入的波形(*.WDF文件)经过编译生成逻辑功能块，相当于已知一个芯片的输入输出波形，但不知是何种芯片，使用该软件功能可以解决这个问题，设计出一个输入和输出波形相同CPLD电路。 ４、管脚（底层）编辑窗口(Floor