李成301841陈小宇301835题目五.docx
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李成301841陈小宇301835题目五
西北工业大学
课程设计报告
题目:
倒计时报警电路
学院:
电子信息学院
班级:
080411（卓越）
学生（学号）:
2011301841
学生（姓名）:
李成
学生（学号）:
2011301835
学生（姓名）:
陈小宇
日期:
2013年1月11日
摘要
Verilog是当今最流行的FPGA设计语言，倒计时电路在众多的生活应用中十分广泛，我们应用QuartusII软件使用当前最流行的数字电路编辑语言Verilog完成了倒计时电路的设计，以及本地报警和串口远程报警的设计。
通过到实验室的调试，完成了60S的倒计时，以及倒计时时间设置，倒计时的复位，暂停，等多种功能，倒计时时间到后，会触发本地报警，通过复位键可是解除报警，同时还会触发本地报警，在检查之后还可以远程通过串口解除报警！
关键词：
QuartusII，Verilog，串口，倒计时，RS232.
目录
i.课程设计目的 ••••••••••••••••••••••••• 4
ii.设计任务与要求•••••••••••••••••••••••• 4
iii.方案设计与论证 ••••••••••••••••••••••••5
iv.单元电路设计与参数计算 ••••••••••••••••9
v.遇到问题的解决方法•••••••••••••••••••• 17
vi.结论与心得 ••••••••••••••••••••••••••• 18
vii.参考文献••••••••••••••••••••••••••••• 18
题目：
倒计时报警电路
一、课程设计目的
1）巩固和加深所学电子技术课程的基本知识，提高综合运用所学知识的能力；
2）培养学生根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力
3）通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选绎及电路安装调试等环节．初步掌握单实用电路的工程设计方法．
4）提高学生的动手能力．掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法，
5）了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路固等．
二、设计任务与要求
一）任务：
（1）、显示学号
（2）、倒计时报警
二）设计要求：
采用数码管显示学号。
循环显示学号的后4位。
根据按键设置倒计时时间：
倒计时60S
计时时间到10盏LED灯闪烁报警
串口报警，速率9600，偶校验
三、方案设计与论证
方案设计：
整体流程图如下：
控制部分如下：
报警控制如下：
经过分析，我们首先完成基本功能，学号循环显示，通过使用Verilog编写学号循环的电路，学号循环显示部分包括分频模块，8进制计数模块，以及译码显示模块，我们通过4段数码管的计数初值的不同实现，学号自右向左循环显示。
然后采用某一位按键控制，是否显示学号，当按键为高电平的时候显示学号，当按键为低电平的时候，进行倒计时显示。
倒计时包括分频模块，倒计时模块，译码显示模块，控制部分，其中倒计时模块和控制部分是主要部分，开关switch1控制倒计时的‘开始’与‘暂停’，开关switch2和switch3实现的是倒计时时间的‘加’和‘减’，从而实现倒计时时间的设置，开关switch4实现的是同步复位功能，在计数时或者在触发报警之后都可以通过本地开关switch4实现复位，从而再实现再倒计时。
开关
控制电平
说明
1
1/0
倒计时开始/暂停
2
1
倒计时时间微调加
3
1
倒计时时间微调减
4
1
本地复位
5
1/0
学号显示/倒计时显示
显示采用7段数码管a，b，c，d，e，f，g，7段数码管显示原理如下：
数码管简介组成：
LED数码管由7段或者8段发光二极管组成，在平面上排成8字型。
分类：
共阳极和共阴极两种。
显示原理：
使用某些段点亮和不亮而另一些不亮就可以显示0——9，A——F等字型。
某段点亮必须具备2个条件：
（1）、共阴极的公共端接地和共阳管的公共端接电源。
（2）、共阴极管的控制端接地和共阳管的控制端接地。
倒计时时间到然后触发报警，首先是本地LED灯闪烁，我们采用的是采用跑马灯的形式达到报警的目的。
然后通过串口向远程控制端发送报警字符WARNING！
远程接收到报警信息之后，检查报警事件，解决之后，可以远程发送倒计时时间进行复位。
一般的RS232串口线共有9针，但是我们只需要使用到其中的RXD，TXD，GND引脚，RS232协议如下：
发送数据一般可以有7位或者8位，发送低电平0启动数据发送，然后紧接7位或者8位数据位，数据完了之后，发送奇偶校验位，奇偶校验位是为了确保发送过程中数据的不被损坏设置的，有奇校验和偶校验之分，奇校验就是确保数据位和校验位中的1为奇数个，偶校验就是确保数据位和校验位中的1为偶数个。
紧接偶数位的便是结束位，结束位必须为高电平。
发送完结束位之后一
个数据便发送完成。
接受便是发送的逆过程，首先接收开始位，一旦接收到开始位之后，便开始接受数据，根据确定的波特率，对RXD数据线进行采样，采取了7或者8个数据位之后，便进行奇偶校验位的采样，如果奇偶校验位正确便把数据存储起来，然后接收到结束位之后，便结束本次的数据发送。
RS232发送数据格式如下：
START
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
P
STOP
起始位
数据位
校验位
停止位
论证：
分频模块仿真波形如下，测试中设置的是10分频，结果如图所示，实现了10分频功能，说明我们的分频思路是正确的。
如下为数码管测试结果，第一张图片我们在程序中设置第一段数码管和第二段数码管显示数字60。
第二张图片为我们设置4段数码管显示学号的后四位，如果显示为1841，正是我的学号的后4位，说明我们的数码显示模块是正确的。
倒计时模块如下，第一张图片所示为倒计时到了21，第二张图片显示了倒计时到00的时候的本地报警信号。
对比第一张和第二张我们发现本来倒计时过程中，LED灯是不会闪烁的，倒计时到00后LED开始闪烁，说明我们的倒计时报警模块也是正确的。
RS232仿真波形如图所示，我们发送的数据为A，A的二进制码为1000001，再加上起始位和奇偶校验位，输出波形如仿真所示，说明RS232的数据帧发送格式是正确的，能够以串口协议发送数据！
本张图片显示了倒计时到00后的远程报警信号，如图所示，报警时开发板会通过串口以9600的波特率，偶校验，7位数据的格式向电脑发送WARNING！
字符。
因此也论证了我们的远程报警模块的正确性。
综合部分，在实验室，我们连接好板子开始实验，开始显示学号部分，切换之后便开始倒计时的显示，60S倒计时到了之后，便开始进行本地报警，同时通过串口发送数据到远程控制端进行报警，当我通过串口向本地发送一个数据之后便解除了报警。
与我们设计的结果是一模一样，从而证明了我们的设计是正确的。
四、单元电路设计与参数计算
1、参数计算：
首先是分频器的处理，要进行60S倒计时，就要把实验板上的５０MHｚ的频率分为１Ｈｚ，因此：
串口的数据发送采用的波特率是９６００，因此
2、单元电路：
开发板整体电路原理图如下：
开关模块如下：
数码管原理电路如下：
RS232原理电路如下：
五．功能扩展
在课程设计的要求中并没有讲到怎么解除报警，我们在完成课设的时候还充分考虑到了实际的应用需要——解除报警，除了本地复位键可以解除报警外，当远程报警触发之后如果人员在远程端，那该怎么解决解除报警的问题呢？
我们充分考虑到这点，经过充分的分析与验证，最终实现了远程串口解除报警的难题，当触发报警之后，如果排除报警因素之后，可以在远程端通过串口发送复位数据给倒计时器，此时倒计时会重新计时，并且本地报警也会一并解除，从而完善了整个设计，使整个设计可以直接应用于工程实践当中！
六、遇到问题的解决方法
１、首先是此前并没有学过Verilog，更加没有用Verilog语言进行数字电路设计，因此我们在第一天着重进行了Verilog的学习，掌握了Verilog的基本语法与格式，然后逐步进行随后的工作。
2、数码管显示译码电路不知道，我们通过实验测量每一段数码管，然后自己编写了一个数码管译码模块。
3、RS232协议不知道，我们首先上网查找资料，理解RS232协议，然后了解串口协议的发送格式，随后自己进行编写然后进行测试。
4、在测试时，遇到了数据始终发不过去的情况，最后我们发现原来是顶层文件没有设置，当设置过顶层文件之后，便实现了数据的发送！
七、结论与心得
结论：
实验设计电路能够完美的达到设计要求，并且能够实现扩展功能。
最大的体会就是遇到问题应该怎么样解决，怎么样去学习新的东西，以及模块化的设计思想，我在拿到题目之初，大脑是一篇茫然不知所措，不知道该怎么样去解决问题，看到大家都乱哄哄的一起讨论，一起上网找代码，我觉着那不是解决问题的办法。
一切都应该从最基本的做起，最起码得把基础打牢，因此我就从最基本的Verilog语言看起，一点点看，然后自己试着编一些模块，学着学着，再加上与队友的讨论发现一切不是这么难了，好多问题迎刃而解了，随着到实验室的调试，就这样我们慢慢的就把自己的设计逐步完善了。
学到的不仅仅是Verilog这一门语言，更多的是一种做事情的思路，想法，更让我学会了踏实才能把每一件事情做好！
七、参考文献
9787512400825.吴厚航.深入浅出玩转FPGA.北京：
北京航空航天大学.2010.5
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