2.3 使能信號轉(zhuǎn)換模塊
數(shù)字秒表輸入的開始和停止信號是單個脈沖信號， 而計數(shù)器要持續(xù)計數(shù)所需的使能信號是持續(xù)的高電平， 所以需要通過使能控制電路實現(xiàn)使能信號的轉(zhuǎn)換。該模塊的VHDL源程序以及Model-Sim仿真輸出結(jié)果如下：

該模塊源程序：
process (enablein)
begin
if (enablein'event and enablein='1') then
temp<= not temp;
end if ;
end process;

2.4 譯碼顯示模塊
由上面的設(shè)計可知， 計數(shù)器輸出為二進制碼，不能直接點亮數(shù)碼管， 要想將計數(shù)結(jié)果通過數(shù)碼管顯示必須再設(shè)計一個七段譯碼電路， 以便將計數(shù)結(jié)果輸出。通過分析可知該譯碼器是一個4輸入， 7輸出元件， 其真值表如表1所示：

根據(jù)以上真值表可寫出譯碼電路VHDL源程序如下：
process (datainput)
begin
case datainput is
when " 0000" =>dataoutput<=" 0000010" ;
when " 0001" =>dataoutput<=" 1001111" ;
when " 0010" =>dataoutput<=" 0010001" ;
when " 0011" =>dataoutput<=" 0000101" ;
when " 0100" =>dataoutput<=" 1001100" ;
when " 0101" =>dataoutput<=" 0100100" ;
when " 0110" =>dataoutput<=" 0100000" ;
when " 0111" =>dataoutput<=" 0001111" ;
when " 1000" =>dataoutput<=" 0000000" ;
when " 1001" =>dataoutput<=" 0000100" ;
when others=>dataoutput<=" 1111111" ;
end case;
end process;

3 功能驗證以及下載實現(xiàn)

完成以上各個子模塊的設(shè)計后， 該數(shù)字秒表的模塊設(shè)計就基本完成了， 剩下的工作就是通過一個頂層文件將各個子模塊連接起來。在頂層文件中可以將以上各個子模塊看作一個個黑匣子，只將其輸入輸出端對應(yīng)相連就可以了。下面是該頂層文件的VHDL源程序：
architecture Behavioral of topfile is
signal clk:std_logic:='0';
signal enableout:std_logic:='0';
signal data0,data1,data2,
data3,data4,data5:std_logic_vector (3
downto 0) :=" 0000" ;
component abc
port (clk:in std_logic;
dout:out std_logic) ;
end component;
component enable
port (enablein:in std_logic;
enableout:out std_logic) ;
end component;
component highlevel
port (rst,clk,clear:in std_logic;
output1,output2,output3,
output4,output5,output6:out
std_logic_vector (3 downto 0) ;
carryout:out std_logic) ;
end component;
component yima
port (datainput:in std_logic_vector (3 downto 0) ;
dataoutput: out std_logic_vector (6 downto 0)) ;
end component;
begin
u0:abc port map (clkin,clk) ;
u1:enable port map (enablein,enableout) ;
u2:highlevel port map ( enableout,clk,clear,data0,data1,
data2,data3,data4,data5) ;
u3:yima port map (data0,dataout0) ;
u4:yima port map (data1,dataout1) ;
u5:yima port map (data2,dataout2) ;
u6:yima port map (data3,dataout3) ;
u7:yima port map (data4,dataout4) ;
u8:yima port map (data5,dataout5) ;
end Behavioral;

由于各個子模塊都已經(jīng)經(jīng)過驗證無誤， 并且頂層文件中不涉及復(fù)雜的時序關(guān)系， 相當(dāng)于只是將各個模塊用導(dǎo)線連接起來， 只要各個端口的連接對應(yīng)正確即可， 所以不需寫專門的test bench進行驗證。完成以上設(shè)計后， 即可進行邏輯綜合，綜合無誤后進行管腳適配， 生成.bit文件然后下載到實驗板上測試。經(jīng)過反復(fù)多次測試， 以上設(shè)計完全滿足了預(yù)期的設(shè)計指標(biāo)， 開始/停止按鍵和清零按鍵都能準(zhǔn)確的控制秒表的運行， 七段顯示數(shù)碼管也能夠準(zhǔn)確的顯示計時結(jié)果。通過與標(biāo)準(zhǔn)秒表對比， 該設(shè)計的計時誤差在0.03s以內(nèi)， 而這其中也包括實驗板上晶振由于長期使用所帶來的誤差。

4 結(jié)束語

本文所介紹數(shù)字秒表設(shè)計方法， 采用了當(dāng)下最流行的EDA設(shè)計手段。在Xinlinx FPGA開發(fā)環(huán)境下， 采用至上而下的模塊化設(shè)計方法， 使得系統(tǒng)開發(fā)速度快、成本低、系統(tǒng)性能大幅度提升。通過實驗驗證， 本文設(shè)計的數(shù)字秒表計時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定， 可以很容易嵌入其他復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，充當(dāng)計時模塊。

利用EDA設(shè)計工具， 結(jié)合基于FPGA的可編程實驗板， 輕松實現(xiàn)電子芯片的設(shè)計， 現(xiàn)場觀察實驗結(jié)果， 大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期和調(diào)試周期，提高了設(shè)計的可靠性和成功率， 體現(xiàn)了邏輯器件在數(shù)字設(shè)計中優(yōu)越性。