本设计提出了一种采用VHDL语言在FPGA平台上实现的电路板秒表方案,具备高精度计时功能,适用于电子工程测试。
VHDL与FPGA电路板联合秒表设计教程:本指南介绍如何使用VHDL语言及FPGA开发板(如Basys3或Atrix-7 Board)制作一个可计时至99.99秒的电子秒表,该设备通过两个按钮实现启动/停止和复位功能,并且利用电路板上的七段显示器进行时间显示。设计中涉及三个主要文件。
第一步:硬件与软件需求
所需硬件包括Basys3或Atrix-7 FPGA开发板、USB 2.0 A Male到Micro-B Male数据线。
使用赛灵思Vivado设计套件作为主要的FPGA编程环境。
第二步:系统框图概述
整个秒表项目包含三个输入端和两个输出端。其中,开始/停止按钮与复位按钮为物理按键;时钟信号则由开发板提供100MHz的标准频率。
此外,还有阳极及阴极两路用于驱动七段显示器的输出。
第三步:状态转换图
展示秒表工作流程的状态机示意图显示了从初始到运行的不同阶段。重置按钮不影响当前计数器状态;而启动/停止键则控制着开始或暂停计时功能。
当设备处于静止状态下,按下启动/停止键会使它重新激活计时任务。
第四步:时钟分频模块
此部分负责将100MHz系统时钟降至480Hz和500kHz两个频率。前者用于刷新显示以保持所有LED灯的持续点亮;后者为实际时间增量提供基础脉冲信号,确保秒表能够精确计数至厘秒。
第五步:数字显示器模块
该部分包括五个输入端口(100MHz时钟、480Hz与500kHz分频输出及控制按钮)和两个用于驱动七段LED的输出端。此模块还处理了时间计算逻辑,并通过有限状态机实现不同操作模式之间的切换。
第六步:整体绑定模块
作为项目的核心部分,该文件将所有先前定义的功能整合到一起。100MHz时钟信号被送入分频器和显示控制器;同时,启动/停止与重置按钮的输入也直接连接至后者。
经过处理后,分频输出再反馈给显示器控制单元以完成整个系统的工作流程。
第七步:约束条件设定
根据Basys3或Atrix-7开发板的具体布局安排,将两个操作键分配到特定位置,并确保四个阳极和八个阴极信号能够正确连接至七段LED显示屏上相应的引脚端口。这一步骤对于保证最终硬件功能的实现至关重要。
第八步:完成与测试
最后阶段是把设计代码上传并加载到目标FPGA开发板内,随后通过操作启动/停止按钮来验证秒表的各项性能指标是否符合预期要求。