基于FPGA的数字温度计设计(2)

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4.4.3 校时模块的设计和实现 31

4.4.4 整点报时模块的设计和实现 32

5.程序调试 34

6.实验结论与分析 35

致谢 36

参考文献 37

1引言

当今社会，电子产品的使用变得越来越普遍，与此同时，其性能也变得越来越强大，功能越来越复杂，并且更新速度也越来越快。而支持电子产品如此快速发展的基础就是微型电子制造技术的发展和电子产品的设计和开发技术的发展。前者是以微细加工技术为代表，而后者的代表就是电子设计自动化技术。

电子设计自动化的英文全称是Electronic Design Automatic，英文缩写即EDA。EDA技术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，通过相关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割，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的一门新技术[1]。

随着现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的出现，电子系统向集成化、大规模和高速度等方向发展的趋势更加明显，作为可编程的集成度较高的ASIC，可在芯片级实现任意数字逻辑电路，从而可以简化硬件电路，提高系统工作速度，缩短产品研发周期。故利用 FPGA这一新的技术手段来研究数字温度计有重要的现实意义。设计采用FPGA现场可编程技术，运用自顶向下的设计思想设计数字温度计。避免了硬件电路的焊接与调试，而且由于FPGA的 I /O端口丰富，内部逻辑可随意更改，使得数字温度计的实现较为方便。

本设计采用的VHDL是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计；支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述、覆盖面广、抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛[2]。

本设计使用Xilinx公司的FPGA器件Spartan-3E，来完成实现一个可以测温和计时的数字时钟。该系统具有显示时、分、秒，实时温度，整点报时，按键实现校准时钟和复位等功能。满足人们得到精确时间以及时间提醒的需求，并添加温度计功能，方便人们生活。

2 开发环境介绍

2.1 FPGA介绍

2.1.1 FPGA概述

FPGA是现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的简称，与之相应的CPLD是复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或CPLD/PGFA。这些优点使得CPLA/FPGA技术在20世纪90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言HDL的进步[4]。

FPGA是一种新型的可编程逻辑器（Programmable Logic Device, PLD），通过设计，FPGA能够完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74系列芯片，都可以用FPGA来实现。

FPGA是一种包含许多未配置逻辑门的芯片。不像那些ASIC（专用集成电路）的芯片只有固定的厂家定制好的功能，你可以为你的特殊的应用配置或重新配置FPGA上的逻辑关系。无论是开发制作ASIC的成本有限还是一大硬件投入使用就要重新配置都可以使用FPGA。由于FPGA的灵活和可软件编程的架构，使得定制算法的高精度实施、精准的定时和同步、快速决策和多功能同时运行更容易。FPGA出现后受到电子设计工程师们的普遍欢迎，发展十分迅速，Xilinx、Altera、Actel等公司都能提供高性能的FPGA芯片。