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CPLD课程学习报告
学生姓名 :XXX 同组姓名： XXX
2011 年春季学期，我们用九个星期的时间学习了 CPLD 及
电子 CAD 的应用方法。在黄老师的辅导下我们接触了两款软件——
MAX+PLUSII 和 DesignExplorer99。
我们重点学习了软件 MAX+PLUSII ，学会使用 MAX+PLUSII 软件设计我们曾经学过的一些简单时序逻辑电路， 如：十进制计数器的设计，
二十四进制计数器的设计，六十进制计数器的设计以及我们心目中相当高端的数字钟综合设计。该软件方便了我们设计电路，它提供了从程序输入、编译、波形仿真、下载等一系列配套功能，同时，我们还
可以通过该软件将我们所设计的电路的功能下载到 EPIK30TC144-1 器
件通过实际现象来检验我们电路设计的正确与否。
其次，我们还用一次课的时间简单学习了软件 DesignExplorer99，利用
DesignExplorer99 设计 555 振荡器的原理图和 PCB 设计。
设 计 任 务 ：
设计一个基于 CPLD 的数字电子钟
基本要求：
1、时、分、秒六位数码管显示（标准时间 23 点 59 分 59 秒）；
2、具有小时、分钟校准功能；
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3、完成合乎要求的设计报告。
扩展要求：
1、整点报时： 55，56，57，58，59 低音响，正点高音，间断振铃 (嘟--嘟--嘟--嘟--嘟--嘀)。
2、跑表 :最大计时 99 分 59 秒 999 毫秒。独立的跑表功能，不影响数
字钟正常工作。
3、定时闹钟：可在 00:00 到 23:59 之间由用户设定任一时间，到时报
警。
4、定时闹钟花样：前 10s 一般振铃，其后 13 秒较急促，再其后 17 秒
急促，最后 30 秒特急促振铃。并可随时关断。
5、其他（流水灯、倒计时、音乐铃声等，越新奇越好） 。
设计方法：
（一）打开电脑进入 Windows2000 操作系统，打开 MAX+PLUS II 软
件 。
1． 选择项目名称
MAX+PLUS II 编译一个项目前，必须确定一个设计文件作为当前项目。对于每个新的项目应该建立一个单独的子目录，当指定了保存该设计项目的子目录名。其步骤为：
（1）File--Project Name 菜单，将出现 Project Name 对话框。
（2）在 Project Name 对话框内，输入设计项目名。例如 wy11_cnt10
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3）在新建文档中输入程序（注意文件名和项目名称一致）完毕后保存为 vhd 格式的文件。
上面是用 VHDL语言写的十进制计数器程序。
（4）点击 MAX+PLUS II----Compile 菜单项，则出现编译窗口。
以
下是编译界面。
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选择 Start 即可。
MAX+PLUS II 编译器将检查项目是否有错，如果
有错就可以根据提示修改后保存，然后再编译。
下面是编译出错的界面， 显示有五个错误， 中间一排红色字是错误
提示可以根据提示来对程序进行修改。
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2． （四）选择器件—— ACEX1K —— EPIK30TC144-1，如下图界面 ，选择好器件后点 ok 即可。
。
进行管脚分配：
启动 MAX+PLUS II —Floorplan Editor 菜单命令。
3． 选择 Layout
4． 下面是管脚分配图：
管脚分配完毕后需要再编译一次
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器件编程
启动 MAX+PLUS II----Programmer 菜单。
选择 JTAG----Multi-Device JATG Chain 菜单项。
点击 Select Program File 按钮，选择要下载的 sof 文件，然后按 Add 按钮添加到文件列表中，按 OK 按钮。
启动 MAX+PLUS II —— Programmer—— configure 进行下载，以下是下载界面
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还可以进行波形仿真： 下面是波形仿真界面：
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用同样的方法设计二十四，六十，一百，一千进制计数器
编辑图形文件 ：文件名方法同上
1． 放置器件在原理图上：
1）启动 new—— graphic 在原理图的空白处点右键。
2）点 enter—— symbl，选择所要的器件，按下 OK 即可。
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3）如果安放相同元件，只要按住 Ctrl 键，同时用鼠标左键拖动该文件。
2．添加连线到器件的管脚上，把鼠标移到元件引脚附近，这时鼠标指
示符自动变为“ +“形状，然后可按下述步骤操作：
1）一直按住鼠标拖到第二个管脚。
2）放开左键，则一条线画好了。
3）如果需要删除一根线，可单击这根线使其变成红色线，然后按
Del 键即可。
下图为我们所画的简单的有计时功能的数字钟：
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3．保存原理图
单击保存按钮， 选择合适目录、 合适名称保存刚才输入的原理图，原理图的扩展名为 .gdf
设计项目的编译，引脚分配方法同上。
4．最后 Configure 即可完成器件编程
综合实验设计方案：
1．先设计基础部分的要求：
（1）数字电子钟由时、分、秒组成，小时利用二十四进制加法器，而分钟和秒钟用六十进制加法器，前面我们已经完成了六十进制加法器的设计，因此只需利用同样的方法做一个二十四进制加法器。
（2）要具有小时、分钟校准功能，可在二十四进制加法器和六十进制加法器的 clk 端通过一个或门再添加一个电平控制，不影响进位位，
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当所加的控制电平为高时，就有小时、分钟校准功能，控制电平为低时，不具有小时、分钟校准功能，由于是或门，所以控制电平的高低不会影响进位位。
以下是实验原理图：
2．扩展部分方案：
1）当分钟向小时进位时，就是整点，要使整点报时，则我们
可以在所编写的的硬件描术语言中来进行修改，使得当进位位为‘ 1’ 时，输出为高电平，而再将这个高电平接到器件的喇叭就可以进行整
点报时。
2）同时要使秒为 55，56， 57，58，59 时也有响声，我们在秒钟所使用的六十进制加法器的硬件描术语言中添加一些限制条件，即当十位为 5，个位大于 4 且小于 10 时输出高电平。
（3）另外，整点为高音， 55，56，57，58，59 低音响。我们是在
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基础部分电路图中增加了两个四输入的与门和一个两输入的或门，将两个进位信号作为与门的输入，并输入一高频率电平，使得整点为高音，对于低音响的增加一较低频率电平，并输入时钟信号，使其能够间断振铃。
4）设计最大计时 99 分 59 秒 999 毫秒的独立的跑表， 不影响数字钟正常工作。这需要 1000,60，100 进制计数器，由于我们需要一个 1000HZ
的频率信号，而实验箱只能提供一个 3MHZ 的频率信号，所以我们还需要一个三千分频器 ，以下是一个跑表的原理图：
4）由于数码管有限， 不允许我们时间和跑表同时显示， 所以我们需要对这两组数据进行二选一， 以下是集计时和跑表于一体的原理图：
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5）一个数字钟基本功能必须还要闹钟功能， 既然有闹钟那么什么时候闹我们需要设定，设定的时候我们还需知道我们到底设的是什么时间，所以需要数码管显示出来， 这又涉及到数码管不够用的问题，所以我们又需做一次二选一， 以下是带闹钟的数字钟原理图：
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6）原理图上接的 8 个 LED 灯使我们设计的流水灯
7）最后我们还尝试了做一做闹钟花样，但是还有点缺陷，花样效果不明显有点遗憾： 以下是我们的原理图：
1）．编译，器件选择，引脚分配完后，启动 MAX+PLUS II----Programmer 菜单。
（2）．选择 JTAG----Multi-Device JATG Chain 菜单项。
3）．在出现的对话框中按 Configure，即可完成器件编程。以下是实验过程用到过的模块：
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实验成果：
最后的数字钟所具有的功能有：
1、时、分、秒六位数码管显示（标准时间） ；
2、具有小时、分钟校准功能；
3．整点报时： 55，56，57，58，59 低音响，正点高音，间
断振铃。
4.跑表功能
5.闹钟及闹钟时间设定
6.流水灯
555 振荡器原理图及 PCB设计
一、实验目的：
1．通过一个简单的 555 振荡器的设计，初步了解 CAD 设计的
全过程，初步 DesignExplorer99 软件的使用。
二、实验内容：
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（一） 进入 Windows 操作系统，打开 DesignExplorer99 的设计
软件。
1．在 File 文件菜单中建立新的项目，并命名 sheet1。
2．在 File 文件菜单中建立新的文件，选择 Schematic
Document 并命名为 sheet1。
3．在 Browse 下选择 Libraries,点击下面的 Add/Remove,在库
中选择 Protel Dos Schematic Libraries.
（二）设计的输入
1．放置器件在原理图上 ;
2．添加连线到器件的管脚上 ;
3.按照要求改变各个器件的属性。
下图为我们所画的 原理图：
（三） PCB 设计
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1．点击 File ，在下拉菜单选择新建文件，然后在所出现的窗
口中选择 PCB Document, 并命名为 sheet1。
2．在 ADVpcd 下选择 Library,再选择 pcb.
3．在 Design 设计菜单中选择 PCB1,显示整个电路图。
4．选择 Keepout，点击 Place，在下拉菜单中选择 track 线，用
鼠标左键将整个电路图用线框起来。 下面是我们的原理图：
5．然后在 Auto Route 启动布线下拉菜单中选择第一项对原理图
进行布线。
以下为我们的 原理图的布线图：
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（四）比较：
选择 Tool 工具倒数第二个选项，再回到原理图，选择 Report
菜单中的最后一项，可察看 原理图与 PCB的比较结果：
课程总结
对于这门课程，虽然是短短的八个周的学习，但的确是学到了不
少东西，学习了两个新的软件以及它们的使用全过程，基本学会了运
用这两个软件设计简单的电路，同时，也基本掌握了另一种语言——
硬件描述语言 VHDL 语言，了解了该语言的基本语法和意思，懂得了
怎样应用 VHDL 语言设计计数器，其实我们学习了 MAX+PLUS II 软
件的两种输入方法：图形输入和文本输入。虽然我们只是初步的学习
了这两个软件，可是我们已经开了头，万事开头难，相信以后如果需
深入学习，就会给我们带来很多方便。
还记得前一两次课的时候我和同组同学在那抱怨什么都不会，
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总是会遇到各种问题加之黄老师脾气“彪悍”又不敢问，就在那傻坐
着或者等另外两个老师来跟我们指导，或者闲着无聊扫扫雷。但是后
来我渐渐进入了状态，觉得这门课老师的给我们的任务其实很简单进
展突飞猛进觉得很有成就感。各种功能相继实现，好多同学过来求指
导，蛮高兴的，就是在这种喜悦中课程要结束了，不知道以后还是否
有机会的到“火爆脾气”的黄老师的指导，觉得很有点不舍。
上面这些只是从书面上学习到的东西，更重要的是学习到了一种
学习方式，一种思维模式。我想在很多年以后我们都会忘记在三峡大
学的 cpld 课上学了些什么东西，但是这种互助的工作方式，追求创新
的精神我们会将其运用的更加到位。 在此，我衷心的跟老师说声谢谢！
“上苍有好生之德”学生会铭记心中。
2011 年 4 月 24 日
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