基于.-VHDL的数字钟设计.doc

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1、.wd【摘要】20世纪90年代,国际上电子和计算机技术较为先进的国家,一直在积极探索新的电子电路设计方法,并在设计方法、工具等方面进展了彻底的变革,取得了巨大成功。在电子技术设计领域,可编程逻辑器件如CPLD、FPGA的应用,已得到广泛的普及,这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。 EDA技术在电子系统设计领域越来越普及,本设计主要利用VHDL语言在EDA平台上设计一个电子数字钟,【关键词】数字钟 EDA VHDL语言目录摘要:. 1 关键词:. 1 绪论.31.设计目的 . 42.设计内容 .43.设计原理 .43.1数字钟的 根本工作原理.43.2数字钟设计的电路原理图.6.4.单元

2、模块的设计.64.1秒计数器的模块.64.2分计数器的模块.84.3时计数器的模块.104.4整点报时器模块.124.5调时调分模块.134.6 LED显示译码器模块.155.仿真结果.17.结语. 17参考文献 . 18绪论是电子设计自动化lcctronic Design Automation的缩写,是90年代初从CAD计算机辅助设备,CAM(计算机辅助制造),CAT计算机辅助测试和CAE计算机辅助工程的概念开展而来的。EDA技术是以计算机为工具,根据硬件描述语言HDL完成的设计文件,自动的完成逻辑编译,化简,分割,综合及优化,布局布线,仿真以及对特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作,这种

3、将设计实体内外局部的概念是VHDL系统设计的 根本点。应用VHDL进展工程设计的优点是多方面的。其优点是:与其它硬件描述语言相比,VHDL具有更强的行为描述能力,从而解决了他成为系统设计领域最正确的硬件描述语言,强大的行为描述能力是避开具体的器件构造,从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证;VHDL丰富的仿真语句和库函数,使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能和可行性,及时可对设计进展。它的计时周期为24小时,显示满刻度为24时59分59秒,另外还具有校时功能和闹钟功能。总的程序由几个各具不同功能的单元模块程序拼接而成,其中包括分频程序模块、时分秒计数和设置程序模块、比拟器程

4、序模块、三输入数据选择器程序模块、译码显示程序模块和拼接程序模块。并且使用QUARTUS II软件进展电路波形仿真,下载到EDA实验箱进展验证。1.设计目的 1熟练地运用数字系统的设计方法进展数字系统设计; 2能进展较复杂的数字系统设计; 3按要求设计一个数字钟。 2.设计内容 1要求显示秒、分、时,显示格式如下:图显示格式2可清零、可调时,具有整点报时功能。3.设计原理3.1数字钟的 根本工作原理:数字钟以其显示时间的直观性、走时准确性作为一种计时工具,数字钟的 根本组成局部离不开计数器,在控制逻辑电路的控制下完成预定的各项功能。数字钟的 根本原理方框图: 数字钟实现原理框图1时钟计数:完成

5、时、分、秒的正确计时并且显示所计的数字;对秒、分 60进制计数,即从0到59循环计数,时钟24进制计数,即从0到23循环计数,并且在数码管上显示数值。 2时间设置:手动调节分钟、小时,可以对所设计的时钟任意调时间,这样使数字钟真正具有使用功能。我们可以通过实验板上的键7和键4进展任意的调整,因为我们用的时钟信号均是1HZ的,所以每LED灯变化一次就来一个脉冲,即计数一次。 3清零功能:reset为复位键,低电平时实现清零功能,高电平时正常计数。可以根据我们自己任意时间的复位。 4蜂鸣器在整点时有报时信号产生,蜂鸣器报警。产生“滴答.滴答的报警声音。 5LED灯在时钟显示时有把戏显示信号产生。即

6、根据进位情况,LED不停的闪烁,从而产生“把戏信号。 根据总体方框图及各局局部配的功能可知,本系统可以由秒计数器、分钟计数器、小时计数器、整点报时、分的调整以及小时的调整和一个顶层文件构成。采用自顶向下的设计方法,子模块利用VHDL语言设计,顶层文件用原理图的设计方法。显示:小时采用数字时钟 控制单元 时调整 分调整 使能端信号 CLK信号 时显示 分显示 秒显示 24进制 60进制 60进制 LED显示 整点报时 把戏显示 24进制,而分钟均是采用6进制和10进制的组合。3.2数字钟设计的电路原理图 24进制数字钟的电路图4.单元模块的设计4.1.秒计数器模块 LIBRARY ieee; u

7、se ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY second IS PORT( clk,reset,setmin:IN STD_LOGIC; enmin:OUT STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(6 downto 0); END entity second; ARCHITECTURE fun OF second IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0); SIGNAL enmin_1,enmin_2:STD_LOGIC

8、; -enmin_1为59秒时的进位信号 BEGIN daout=count; -enmin_2由clk调制后的手动调分脉冲信号串 enmin_2=(setmin and clk); -setmin为手动调分控制信号,高电平有效 enmin=(enmin_1 or enmin_2); -enmin为向分进位信号 process(clk,reset,setmin) begin if(reset=0) then count=0000000; -假设reset为0,那么异步清零 elsif(clkevent and clk=1)then -否那么,假设clk上升沿到 if(count(3 downt

9、o 0)=1001)then -假设个位计时恰好到“1001即9 if(count16#60#)then -又假设count小于16#60#,即60H if(count=1011001)then -又假设已到59D enmin_1=1;count=0000000; -那么置进位为1及count复0 else count=count+7; -未到59D,那么加7,而+7=+1+6,那么作“加6校正 end if; else -假设count不小于16#60#即count等于或大于16#60# count=0000000; -count复0 end if; -end ifcount16#60# e

10、lsif(count16#60#)then -假设个位计数未到“1001那么转此句再判 count=count+1; -假设count16#60#那么count加1 enmin_1=0 after 100 ns; -那么没有发生进位 else end if; end if; end process; end fun 编译过程:仿真图如下:4.2分计数器模块 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY minute IS PORT( clk,clk1,reset,sethou

11、r:IN STD_LOGIC; enhour:OUT STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(6 downto 0); END entity minute; ARCHITECTURE fun OF minute IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0); SIGNAL enhour_1,enhour_2:STD_LOGIC; BEGIN daout=count; enhour_2=(sethour and clk1); enhour=(enhour_1 or enhour_2); process(clk,res

12、et,sethour) begin if(reset=0)then count=0000000; -假设reset=0,那么异步清零 elsif(clkevent and clk=1)then -否那么,假设clk上升沿到 if(count(3 downto 0)=1001)then -假设个位计时恰好到“1001即9 if(count16#60#)then -又假设count小于16#60#,即60if(count=1011001)then -又假设已到59D enhour_1=1; -那么置进位为1count=0000000; -count复0 ELSE count=count+7;-假设

13、count未到59D,那么加7,即作“加6校正 end if; -使前面的16#60#的个位转变为8421BCD的容量 else count=0000000; -count复0有此句,那么对无效状态电路可自启动 end if; elsif(count16#60#)then count=count+1; -假设count16#60#那么count加1 enhour_1=0after 100 ns; -没有发生进位 else count=0000000; -否那么,假设count不小于16#60#count复0 end if; end if; end process; END fun; 编译过程:

14、仿真图如下:4.3.时计数器模块 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY hour IS PORT( clk,reset:IN STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(5 downto 0); END entity hour; ARCHITECTURE fun OF hour IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(5 downto 0); BEGIN daout=count; process(clk,res

15、et) begin if(reset=0)then count=000000; -假设reset=0,那么异步清零 elsif(clkevent and clk=1)then -否那么,假设clk上升沿到 if (count(3 downto 0)=1001)then -假设个位计时恰好到1001即9 if(count=16#23#)then -23进制 count=count+7; -假设到23D那么 else count=000000; -复0 end if; elsif(count16#23#)then -假设未到23D,那么count进1 count=count+1; else -否那

16、么清零 count=000000; end if; end if; end process; END fun; 编译过程:仿真图如下:4.4.整点报时器模块 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY alert IS PORT( clk:IN STD_LOGIC; dain:IN STD_LOGIC_VECTOR (6 DOWNTO 0); speak:OUT STD_LOGIC; lamp:OUT STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0); END a

17、lert; ARCHITECTURE fun OF alert IS signal coun:std_logic_vector (1 downto 0); signal count1:std_logic_vector (1 downto 0); BEGIN speaker:process(clk) begin speak=10)then count1=00; -count1为三进制加法计数器 else count1=count1+1; end if; end if; end if; end process speaker; lamper:process(clk) begin if(rising

18、_edge(clk)then if(coun=10)then if(coun=00)then lamp=001; -循环点亮三只灯 elsif(coun=01)then lamp=010; elsif(coun=10)then lamp=100; end if; coun=coun+1; else coun=00; end if; end if; end process lamper; END fun; 编译过程:仿真图如下:4.5调时调分模块 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;

19、 use ieee.std_logic_arith.all; ENTITY seltime IS PORT( clk1,reset:IN STD_LOGIC; sec,min:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0); hour:in std_logic_vector(5 downto 0); daout:OUT STD_LOGIC_vector(3 downto 0); dp:OUT std_LOGIC; sel:out std_logic_vector(2 downto 0); END seltime; ARCHITECTURE fun OF seltime IS S

20、IGNAL count:STD_LOGIC_vector(2 downto 0); BEGIN sel=count; process(clk1,reset) begin if(reset=0)then count=101)then count=000; else countdaout=sec(3 downto 0);dpdaout(3)=0;daout(2 downto 0)=sec(6 downto 4);dpdaout=min(3 downto 0);dpdaout(3)=0;daout(2 downto 0)=min(6 downto 4);dpdaout=hour(3 downto 0

21、);dpdaout(3 downto 2)=00; daout(1 downto 0)=hour(5 downto 4);dp=0; end case; end process; end fun; 编译过程:仿真图如下:4.6.LED显示译码器模块 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY deled IS PORT(num:IN std_logic_vector(3 downto 0); led:OUT std_logic_vector(6 downto 0); end

22、 deled; ARCHITECTURE fun OF deled IS BEGIN led=1111110when num=0000else 0110000when num=0001else 1101101when num=0010else 1111001when num=0011else 0110011when num=0100else 1011011when num=0101else 1011111when num=0110else 1110000when num=0111else 1111111when num=1000else 1111011when num=1001else 111

23、0111when num=1010else 0011111when num=1011else 1001110when num=1100else 0111101when num=1101else 1001111when num=1110else 1000111when num=1111; END fun;编译过程:仿真图如下:5.仿真结果 以下列图是最后仿真的结果,但是总是无法选中芯片,都是000,得不到正确的结果。可能的原因是FPGA的时钟输出为20MHZ,经过分频器得到1KHZ和1HZ的频率需要屡次的计数,由于计数值太大无法得到正确的仿真结果。数字钟仿真波形6.结语本次试验的数字时钟能只够显

24、示时间,其它功能如闹铃、调时、分、秒都能在此根基上进一步的实现,由于时间有限只能调试到这里。 经过努力,简易电子时钟的设计 根本上算是完成了,在整个设计中,我最大的体会就是:难!我们在本次的课程设计中,发现了很多问题,同时做起来也很难不顺手,看着简单的电路,要动手把它设计出来实非易事,主要原因是我们没有经常动手设计电路,这就要求我们在以后的学习中,应该注意到这一点,更重要的是我们要学会把从书本上学到的知识和实际电路联系起来,这不管对我们以后的学习还是就业,都会起到很大的促进和帮助,我相信,通过这次的课程设计,在下一阶段的学习中我们会更加努力,力争把这门课学好学精。 同时通过本次课程设计,稳固了

25、我们以前学过的专业知识,通过这次的程序设计,使我们对数字系统构造也有了更进一步的了解与认识,同时对数据库软件技术,语言等系列知识都有了一定的了解与认识。使用技术开发页面的能力也有了提高,也使我们把理论与实践从正真意义上结合了起来,考验了我们的动手能力,查阅相关资料的能力,还有组织材料的能力。通过此次实践,我们从中可以找出自己知识的缺乏与欠缺,以便我们在日后的学习中得以改良与提高。 经过本次设计使我们对所学习到的知识得以进一步实践,这将对我们走出校园走向社会走向工作岗位奠定坚实的根基。最后感谢教师对我们的指导,以及同学们对我的帮助,使得实验能够顺利完成!参考文献1潘松,黄继业.VHDL设计初步 J.EDA技术实用教材,20xx,5-29:70-82.2华成英,童诗白.集成运算放大电路J.模拟电子根基,2006,5-4:185-187.3阎石.时序逻辑电路 M.北京:高等教育出版社,20xx. 4李建东,郭梯云,邬国扬.移动通信.第四版.M.西安:西安电子科技大学出版社,2006. 5沈明山编著,EDA技术及可编程器件应用实训 北京:科学出版社 6崔建明主编,电工电子EDA仿真技术 北京:高等教育出版社,2004

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