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1、齐齐哈尔大学通信与电子工程学院 电子信息工程2004本 EDA设计 报告EDAA设计报报告设计项目目名称： 多功能能数字时时钟系统统设计 班 级： 电子0046班班项目负责责人： 王王浩铭 （2000400231196） 项目组成成员： 刁羽* （22004409331988） 王浩浩铭 （22004402331966） 周周宇 （2000400931180） 指导教师师： 张张劲松 开始日期期： 20006.112. 01 完成日期期： 20006.112. 22 姓 名：刁刁羽 学 号：2000409931998周宇 22004409331800王浩铭 2000400231196任务起至至
2、日期： 2006 年 122 月 01 日至至 20006年年 122 月 22 日综合实践践设计项项目名称称：多功能数数字时钟钟系统设设计项目简要要需求、技技术性能能指标要要求、工工作环境境要求：目前家用用的数字字电子时时钟，多多数只能能显示时时间，功功能单一一，而且且大都采采用LEED数码码管作为为显示器器件，功功耗大，不不能令消消费者满满意。为为此，笔笔者开发发了一款款多功能能的数字字式电子子时钟，它它不仅可可以显示示时间，温温度等信信息，同同时具有有按键调调时，设设定闹铃铃等功能能。时钟钟采用LLCD作作为显示示器，界界面友好好，功耗耗低。技术性能能指标要要求：（1） 电压范围围：+3
3、3.0VV+55.5VV(可用用数据线线供电)（2） 测温范围围：55+1225（3） 通过编程程可实现现9112位数数字读数数方式，测测温分辨辨率可达达0.006255（4） 可自设定定非易性性的报警警上下限限值同组设计计者分工工情况：时间安排排：第一周图图书馆查查阅有关关方面的的资料，设设定制作作方案，准准备材料料。第二周实实验上机机将电路路图制作作成为DDXP线线路图，第三周将将电子稿稿件交给给老师检检查，将将不足之之处进行行修改。组内分工工：刁羽负责责硬件中中液晶显显示模块块, 键键盘模块块周宇负责责硬件中中温度传传感模块块，闹铃铃模块的的设计制制作和系系统软件件的编程程。王浩铭负负责
4、硬件件中单片片机主控控模块，时时钟日历历模块的的设计制制作EDAA设计 项目目开发计计划书1引言言1.1实实践目的的整个设计计过程让让我们将将以前所所学过的的知识加加以巩固固，同时时将所学学习到的的新知识识予以实实践，综综合新旧旧知识并并运用这这些知识识到使用用层面，把把所有头头脑中的的知识形形象化了了。通过过设计制制作，不不仅仅是是让我们们学到知知识更让让我们掌掌握了电电子电路路设计中中的经验验和得到到了难得得的动手手机会。总总之这次次设计的的目的是是使我们们掌握本本专业的的知识并并运用到到实际生生活中去去。1.2背背景说明明： 1. PProttel DXPP、Mulltissim及及Qu
5、aartuusIII是这次次设计的的主要工工具软件件； 2.多功功能数字字电子钟钟结构分分为五大大模块，将将具有重重置，定定时报警警等5大大功能；3.所设设计出成成品的目目标是自自耗电量量小、性性能稳定定、灵敏敏度高、通通用性强强的电子子产品。1.3参参考资料料 1.模模拟电子子技术基基础第第06448377号，220033年4月月第二次次印刷，高高等教育育出版社社； 2电子子实验与与电子实实践第第10001100号，220044年111月第一一次印刷刷，中国国标准出出版社； 3电子子技术实实践与训训练第第289994号号，20000年年8月第第一次印印刷，高高等教育育出版社社。4Prrote
6、el 220044 原理理图与PPCB设设计实例例第11301138号号，20006年年1月第第一次印印刷，机机械工业业出版社社；5微型型计算机机技术及及应用第第05339411号，220066年1月月第三十十四次印印刷，清清华大学学出版社社；6数字字电子技技术基础础第0095660号，220000年2月月第4次次印刷，高高等教育育出版社社。2项目目概述 2.1设设计方案案为了让我我们所设设计的在在设计的的数字电电子钟更更加实用用更加方方便，我我们根据据时钟所所拥有的的功能将将整个多多功能数数字电子子钟系统统共设计计了五个个模块,分别为为：计数数模块、时时钟分频频器、状状态控制制电路、报报时报
7、警警模块和和置零模模块。作作用分别别是普通通计时、内内部电信信号处理理、调节节校准时时间、定定时报警警和重置置这些功功能，在在下面的的设计中中我们将将分部分分详细介介绍。2.2主主要参加加人员 刁羽 周周宇 王王浩铭2.3项项目预期期成果 将以前所所学过的的知识综综合运用用到这次次EDAA的设计计中去，巩巩固就知知识掌握握新经验验，同时时学会PProttel DXPP，Muultiisimm，Quuarttus II等等EDAA辅助设设计软件件的基本本操作方方法和设设计技巧巧。最终终在理论论方面完完成EDDA设计计，为下下一步做做出实物物作准备备。3实施施计划 3.1工工作任务务的分门门与人员
8、员分工 从图书馆馆查阅关关于EDDA的书书籍和资资料，小小组内讨讨论。明明确分工工，具体体内容如如下：第第一周图图书馆查查阅有关关方面的的资料，设设定制作作方案，准准备材料料，第二二周实验验上机将将电路图图制作成成为DXXP线路路图，第第三周将将电子稿稿件交给给老师检检查，将将不足之之处进行行修改。3.2关关键问题题 掌握Prroteel DDXP，MMulttisiim，QQuarrtuss III的软件件的应用用以及使使用，为为自己的的EDAA设计做做好铺垫垫。处理理功能与与硬件之之间的联联系，将将所有功功能落实实到具体体器件上上面。系系统软件件的开发发调试和和运行。3.3专专题计划划要点
9、处理好各各个部件件的衔接接问题，对对以下部部件：计计数模块块、状态态控制电电路、报报时报警警模块，进进行详细细的介绍绍，每个个人对自自己所做做的项目目做到详详细的分分工。32- 32 - 摘要电子系统统设计自自动化（EEDA: Ellecttronnic Dessignn Auutommatiion）已已成为不不可逆转转的潮流流，它是是包含CCAD、CCAE、CCAM等等与计算算机辅助助设计或或设计自自动化等等相关技技术的总总称。随随着信息息时代的的到来，信信息电子子产品已已不断地地向系统统高度集集成化和和高度微微型化发发展，使使得传统统的手工工设计和和生产技技术无法法满足信信息产品品的社会会
10、和市场场需要，因因此，人人们开始始借助于于EDAA技术进进行产品品的设计计和开发发。目前前EDAA技术主主要是以以计算机机软件工工具形式式表现出出来的，对对于现代代复杂的的电子产产品设计计和开发发来说，一一般需要要考虑“自自上而下下”三个个不同层层次内容容的设计计(即：系统结结构级设设计，PPCB板板级设计计和ICC集成芯芯片级设设计)。Protel DXP软件系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的CAD电路集成设计系统，它是世界上第一套EDA环境引入到Windows环境的EDA开发工具，具有高度的集成性和可扩展性。本设计就是利用Protel DXP 进行原理图设计、PCB布局布线、进行电路仿
11、真测试。通过本设计充分了解到Protel DXP的特点并且充分掌握了Protel DXP的设计系统的基础知识。关键词 同步步时序逻逻辑 集成电电路 计算机机辅助电电子设计计AbsttracctEDA( Ellecttronnic Dessignn Auutommatiion) haad bbeenn weelcoomedd byy thhe ppeoppelee whho wworkks iin tthiss doomiaan. It inccludde CCAD、CCAE、CCAM andd thhe ttinggs rreleevennt tto CCompputeer-AAideed D
12、Desiign or Dessignn Auutommatiion. Ass thhe iinfoormaatioon aage commes, ellecttronnic infformmatiion prooducct iis ddeveeloppingg too thhe aaspeect of higghlyy innteggratted andd miiniaaturre ,so thee trradiitioonallmannuall deesiggn aand prooducce oof tthatt caan nnot meeet tthe neeed oof mmarkket
13、. Peeoplle ttry to usee EDDA ttechhnollogyy too deesgiin aand prooducce . EDDA ttechhnollogyyreppressentt byy thhe fformm off coompuuterr sooftwwaree att prreseent. Itt neeed to connsidder 3 ddifffereent levvelss (iits sysstemm sttruccturre lleveel, PCBB booardd leevell annd IIC CChipp leevell) wwhe
14、nn yoou ddesggin thee mooderrn ccompplexx ellecttronnic prooducct. Prootell DXXP ssofttwarre ssysttem is a CCAD eleectrroniic iinteegraatedd deesgiin ssysttem thaat bbaseed oon PPC, it is thee fiirstt ttooll deesgiin ssysttem whiich impportt EDDA ssysttem intto wwinddowss. AAnd thiis aartiiclee iss
15、ussed Prootell DXXP tto ddesggin .Keywwordds Logiic oof SSyncchroonizzatiionTTimiing IInteegraate CirccuittCompputeer-AAideed DDesiign目录摘要.IAbsttra.III第1章 绪论.11.1课课题背景景.111.2设设计介绍绍.11.3本本章小节节.2第2章 EDAA开发工工具软件件.32.1 ProotellDXPP.332.1.1 PProttel DXPP 基本本概述.442.1.2 PProttel DXPP 基本本特点.52.2 Mulltissim.
16、52.2.1 MMulttisiim 介介绍.662.2.2 MMulttisiim 特特点.72.3QQuarrtussII.772.3.1QuuarttusIII简介介.72.3.2QuuarttusIII的功功能和特特点.882.4本本章小节节.9第3章 时钟系系统的设设计.993.1设设计思路路.93.2器器件介绍绍.1103.3模模块设计计.1103.3.1单片片机主控控模块.1113.3.2实时时时钟日日历模块块.1223.3.3温度度传感模模块.1333.3.4闹铃铃模块.1333.3.5键盘盘模块.1133.3.6液晶晶显示模模块.1133.4本本章小节节.114第4章 系统软
17、软件的设设计.114结论 15致谢.116参考文献献.117附录1 118附录2 119附录2 221第1章 绪论1.1课课题背景景随着电子子技术的的发展，普普通的电电子时钟钟已经不不能满足足大家的的需求。因因此为了了满足大大家让大大家的生生活更加加方便我我们设计计了多功功能电子子时钟，该该时钟具具有以二二十四时时制计时时、整点点报时、显显示环境境温度温温度和年年月日显显示等功功能。1.2设设计介绍绍系统以AAT900S85535机机单片机机作为核核心控制制器件，外外围主要要有实时时时钟芯芯片DSS13007,温温度传感感器DSS18220等，均均为串行行通讯器器件，使使得系统统线路简简单可靠
18、靠性高。系系统结构构框图如如图1-1 所所示。温度传感器通讯日历芯片通讯键盘输入单 片 机液晶显示闹铃输出图1-11电子钟钟系统原原理框图图1.3本本章小节节系统以AAT900S85535机机单片机机作为核核心控制制器件，要要求我们们掌握电电路最基基本的知知识，熟熟悉以前前学过的的模拟电电路，数数字电路路，信号号与系统统等各种种知识。对对今后的的设计和和学习有有这重要要的铺垫垫。随着着电子技技术的不不断发展展和生活活质量提提高,各各种电子子产品不不断更新新换代,本设计计以电子子技术为为核心,针对自自己所学学的知识识在老师师的指导导下进行行实践设设计。电电子钟是是我们生生活所必必不可少少的,所所
19、以该设设计贴近近生活。第2章 EDAA 开发发工具软软件2.1 Prootell DXXP 2.1.1 PProttel DXPP 基本本概述Prottel 软件系系统是一一套建立立在IBBM兼容容PC环境境下的CCAD电电路集成成设计系系统，它它是世界界上第一一套将EEDA环环境引入入到Wiindoows环环境的EEDA开开发工具具，具有有高度的的集成性性和可扩扩展性。2.1.2 PProttel DXPP 基本本特点（1）PProttel DXPP包含电电路原理理图设计计、电路路原理图图仿真测测试、印印制电路路板设计计、自动动布线器器和FPPGA/CPLLD设计计，覆盖盖了以PPCB为为核
20、心的的整个物物理设计计。（2）PProttel DXPP提供了了进行层层次原理理图设计计的环境境，支持持“自上而而下”和“自下而而上”的层次次电路设设计，能能够完成成更加大大型、更更为复杂杂的电路路设计。（3）PProttel DXPP提供了了丰富的的元件原原理图库库和PCCB封装装库，并并且库的的管理和和编辑功功能更加加完善，操操作更加加简便。（4）PProttel DXPP提供了了元件集集成库的的概念。（5）PProttel DXPP提供了了电路原原理图的的混合仿仿真功能能。（6）PProttel DXPP提供丰丰富的设设计检查查功能。2.2 Mulltissim2.2.1 MMultti
21、siim介绍绍 Multtisiim是加加拿大交交换图像像技术有有限公司司(INNTERRACTTIVEE IMMAGEE TEECHNNOLOOGIEES LLtd ) 在在20世世纪900年代初初推出的的（Ellecttronnicss Woork Bennch)(简称称EWBB)后续续版本，中中文又称称电子工工程师仿仿真工作作室。MMulttisiim是一一个完整整的设计计工具系系统，提提供了一一个非常常大的元元件数据据库，并并提供原原理图输输入接口口、全部部的数模模Spiice仿仿真功能能、VHHDL/Verriloog设计计接口与与仿真功功能、FFPGAA/CPPLD综综合、RRF设
22、计计能力和和后处理理功能，还还可以进进行从原原理图到到PCBB布线工工具包（如如：Ellecttronnicss Woorbeenchh 的UUltiiboaard）的的无缝隙隙数据传传输，界界面直观观，操作作方便。创创建电路路模型、选选用元器器件和测测量仪器器均可直直接点击击鼠标从从屏幕图图标中选选取。 2.2.2Muultiisimm特点(1)具具有集成成化、一一体化的的设计环环境，在在设计环环境中可可以完成成原理图图输入、数数模混合合仿真以以及波形形图显示示等工作作。(2)具具有专业业的原理理图输入入工具。(3)具具有真实实的仿真真平台。(4)具具有强大大的分析析工具。(5)MMultt
23、isiim具有有完整、精精确的元元件模型型。(6)灵灵活的仿仿真电路路故障设设置，显显示多种种故障电电路工作作状态。2.3QQuarrtussII2.3.1 QQuarrtussII简简介QuarrtussII是是ALTTERAA公司制制作的电电子行业业开发软软件，该该软件是是业界第第一款具具有开发发FPGGA和类类似ASSIC低低价位的的掩膜编编程器件件的设计计流程。使使用Quuarttus II设设计软件件，系统统设计者者能够直直接针对对HarrdCoopy掩掩模器件件进行设设计，能能够预测测和验证证器件的的性能，其其性能比比同等的的FPGGA平均均快500%。2.3.2 QQuarrtu
24、ss III设计软软件的功功能和特特点：第一款从从FPGGA至掩掩膜器件件的完整整设计工工具新版版软件现现在可以以在FPPGA开开发的初初期就提提供HaardCCopyy掩膜器器件的设设计性能能参数。设设计者现现在能够够在实现现最终掩掩膜。PLD器器件之前前，获得得Harrd CCopyy器件的的fMAAX性能能、功耗耗、逻辑辑单元布布局，II/O分分配。HHarddcoppy规测测检查器器将对原原始设计计进行检检查和校校验，确确保设计计符合工工业标准准设计规规则，避避免转换换出错。Harddcoppy文件件向导将将自动收收集相关关文件信信息，交交付ALLTERRA HHarddcoppy设计
25、计中心。（HHarddcoppy掩膜膜是FPPGA批批量产时时的一种种低成本本解决方方案，它它将FPPGA程程序固化化，同时时电气特特性和封封装保持持不变，用用户可以以不改动动PCBB，将FFPGAA直接ppin-topinn升级为为Harrdcoopy掩掩膜芯片片，同时时大大降降低成本本）。前期I/O分配配和验证证设计软软件可以以在设计计文件完完成之前前进行II/O分分配和验验证。设设计者不不需要重重新编译译设计来来检查II/O分分配的有有效性。 采用新新的分配配特性，如如可多选选信号和和一次改改变一组组信号的的属性，设设计者更更容易建建立和管管理管脚脚的分配配芯片编编辑器 （Chhip E
26、diit）新新的芯片片编辑器器允许设设计者在在完成布布局布线线之后查查看Allterra器件件的内部部详细结结构，增增量编辑辑逻辑单单元（LLE）和和I/OO单元的的配置和和锁相环环参数。几几分钟内内，就可可以在器器件中实实现这些些改变，并并保持设设计其它它部分的的时间特特性，而而不必重重新编译译整个设设计。增增量编译译少量修修改VHHDL或或Verriloog HHDL源源文件，用用Quaartuus III软件件或第三三方综合合软件进进行逻辑辑综合之之后，新新的增量量布线特特性可以以在布局局布线过过程中把把逻辑布布局限制制在新的的或改变变的逻辑辑中。这这种功能能把编译译效率实实际平均均提高
27、了了40%，不会会影响以以前设计计优化区区域的布布局和时时序。集成SOOPC Buiildeer现在在Quaartuus III设计计软件将将缺省安安装SOOPC Buiildeer，自自动添加加、参数数化和链链接IPP核，包包括嵌入入处理器器、协处处理器、外外设和用用户定义义逻辑。设计流程程可独立立可执行行Quaartuus III软件件是全新新的体系系，设计计流程的的主要阶阶段都可可独立可可执行，这这些阶段段包括综综合/映映射、装装配、设设计规则则检查、时时间分析析和器件件编程。这这些可执执行阶段段接受简简单的命命令行参参数，易易于编写写脚本或或从MaakeFFilee运行，自自动启动动专
28、门的的设计流流程。2.4本本章小节节设计流程程可独立立可执行行Quaartuus III软件件是全新新的体系系，要求求我们熟熟悉以上上几种软软件的知知识，包包括EDDA，MMATLLAB等等多种设设计，都都需要以以上几种种软件的的学习和和掌握。所所以需要要我们更更加努力力的学习习。掌握握到熟练练的运用用几种软软件来进进行学习习，设计计。第3章 时钟系系统的设设计3.1设设计思路路： 为了实现现在设计计方案中中所提到到的几种种功能，我我们将整整个系统统共设计计了六个个模块,分别为为：单片片机主控控制块、实实时时钟钟日历、温温度传感感模块、闹闹铃模块块、键盘盘模块和和液晶显显示模块块。不同同的模块
29、块有不同同的分工工作用，我我们根据据功能分分模块的的实现整整体的作作用。整整体电路路图在图图1-22中。3.2器器件介绍绍（1）AAT900S85535单单片机与与MCSS_511系列单单片机产产品兼容容，采用用了FLLASHH存储结结构，可可以在线线下载程程序，易易于日后后的升级级。（2）DDS13307实实时时钟钟芯片。它它是一款款IC总总线接口口的时钟钟日历芯芯片，片片内含有有8个特特殊功能能寄存器器和566Bitt的SRRAM，是是一种低低功耗的的实时时时钟芯片片。（3）LLCD116022是ETTC公司司生产的的液晶显显示芯片片，控制制器内部部带有880*88位的RRAM缓缓冲区，内
30、内部同时时设有一一个数据据地址指指针，用用户可通通过他们们来访问问内部的的全部880字节节RAMM。（4）DDS188B200作为温温度传感感器.它它是美国国DALLLS公公司推出出的单总总线数字字温度传传感器,它具有有微型化化.低功耗耗.高性性能.抗抗干扰能能力强.易于处处理器匹匹配等优优点3.3模模块设计计3.3.1 单单片机主主控模块块系统采用用AT990S885355单片机机作为控控制核心心，它主主要负责责各块的的初始化化工作；设计定定时器，寄寄存器的的初值；读取并并处理时时间，温温度等信信息；处处理按键键响应；控制液液晶实时时显示等等。硬件件电路图图连接如如图3-1所示示，系统统采用
31、112M晶晶震；PP0_UUP为PP0口上上拉电阻阻，P00口为单单片机与与液晶显显示器通通信的数数据端口口；C_RESSET和和R_RRESEET组成成系统上上电复位位电路；PB00-PBB2为液液晶显示示器信号号端口；PB33和PBB4为单单片机与与时钟芯芯片DSS13007通信信端口；PB55为闹铃铃的控制制端口；PB66为单片片机与温温度传感感器DSS18220的通通信端口口；PCC0-PPC3为为键盘模模块的接接口。AAT900S85535 单片机机是世界界上著名名的半导导体制造造公司(Atmmel) 制造造的一种种增强RRISCC 结构构, 内内嵌Fllashh 的新新型单片片机。
32、它利用用哈佛概概念(具具有预取取指令功功能) , 对对程序存存取和数数据存取取采用不不同的总总线和存存储器, 当执执行一条条指令时时, 下下一条指指令预先先从程序序存取器器中取出出, 这这使一条条指令可可以在一一个时钟钟周期内内执行. 这种种结构使使得在88 位处处理器市市场上,AVRR单片机机具有最最高MIIPS/Mw 的能力力, 一一般为550 nns 一一条指令令. 而目前广广泛应用用的MSS2511 系列列单片机机的程序序存取和和数据存存取采用用同一总总线, 其速度度比“AAVR ”单片片机低110 倍倍。 b。功能强强. AAT900S85535 有串行行异步通通信UAART , 不
33、不占用定定时器和和SP I 传传输功能能, 因因其高速速, 故故可以工工作在一一般标准准整数频频率, 而波特特率可达达5766 Kbbit/s. 具体如如下: (a) 波特特率发生生器可以以产生任任何波特特率, 在XTTAL 低频下下有较高高的波特特率; (b) 8 位和99 位数数据; (c) 抗干干扰能力力强、噪噪声滤波波、超越越误差的的探测、帧帧误差探探测、错错误起始始位的探探测; (d) 有三三个中断断源: 接收中中断、发发送中断断、数据据寄存器器空中断断。3.3.2实时时时钟日日历模块块DS13307时时钟芯片片是美国国DALLLS公公司生产产的122C总线线接口实实时时钟钟芯片。D
34、DS13307可可以独立立于CPPU工作作，它不不受晶振振和电容容等的影影响，并并且计时时准确，月月积累误误差一般般小于110秒。此此芯片还还具有掉掉电时钟钟保护功功能，可可自动切切换到后后备电源源供电。同同时还具具有闰年年自动调调整功能能，可以以产生秒秒、分、时时、日、月月、年等等数据，并并将其保保存在具具有掉电电保护功功能的时时间寄存存器内，以以便CPPU根据据需要对对其进行行读出或或写入。由由于单片片机没有有12CC总线接接口，因因此，要要驱动DDS13307，就就必须采采用单主主机方式式下的112C总总线虚拟拟技术。在在此方式式下，以以单片机机为主节节点（主主器件），主主器件永永远占有
35、有总线而而不出现现总线竞竞争，且且可以用用两根II/O口口线来虚虚拟122C总线线接口。12C总线上的主器件（单片机）可在时钟线（SDL）上产生时钟脉冲，在数据线SDA上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，DS1307作为12C总线的从器件。12C总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。DS13307主主要的技技术性能能指标：具有秒秒、分、时时、日、星星期、月月、年的计计数功能能，并且且具有112小时时制和224小时时制的计计数模式式，可自自动调整整每月的的天数，具具有闰年年
36、调整的的功能，具具有自动动掉电保保护和上上电复位位的功能能。同时时它独立立于CPPU工作作，不受受CPUU主晶震震及其电电容的影影响，而而且计时时准确，月月累计误误差小于于10秒秒。CRY22为322.4668KHHz的晶晶震，为为时钟芯芯片提供供了计数数脉冲；Vbaat为DDS13307备备用电源源，以便便在没有有主电源源的情况况下能够够保存时时间信息息和一些些重要的的数据；两个电电阻为IIC总线线上的上上拉电阻阻。3.3.3温度度传感模模块处理器与与DS118B220通信信只需要要一根数数据线即即可,同同时该数数据线还还可以向向挂接的的DS118B220供电电。它的主要要技术性性能指标标:(1) 电压范围围:+33.0+5.5V(可用数数据线供供电)(2) 测温范围围:-555+1225(3) 通过编程程可实现现9-112位的的数字读读数方式式,测温温分辨率率可达00.06625(4) 可自社顶顶非易失失性的报报警上下下限值。其中DQQ