多功能數(shù)字鐘設(shè)計.doc

多功能數(shù)字鐘設(shè)計實驗報告院系：電信系班級：通信0709姓名：黎子鵬學(xué)號：U200718522指導(dǎo)老師：周波多功能數(shù)字鐘設(shè)計一、實驗?zāi)康?.掌握可編程邏輯器件的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)設(shè)計輸入、編譯、仿真和器件編程；2.熟悉一種EDA軟件使用；3.掌握Verilog設(shè)計方法；4.掌握分模塊分層次的設(shè)計方法；5.用Verilog完成一個多功能數(shù)字鐘設(shè)計。二、實驗任務(wù)1.已知條件 A.MAX+Plus II軟件 B.FPGA實驗開發(fā)裝置(該裝置可以提供3路時鐘信號和譯碼顯示電路）2. 基本功能 A.具有“秒”、“分”、“時”計時功能，小時按24小時制計時 B.具有校時功能，能對“分”和“小時”進行調(diào)整3.擴展功能 A.仿廣播電臺正點報時。在59分51秒、53秒、55秒、57秒發(fā)出低音512Hz信號， 在59分59秒時發(fā)出一次高音1024Hz信號，音響持續(xù)1秒鐘，在1024Hz音響結(jié)束 時刻為整點 B.定時控制，其時間自定3、 實驗設(shè)計總體框圖：單元電路設(shè)計：（1） 分秒計數(shù)器的設(shè)計 分秒計數(shù)器為60進制計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為0001585900。 對應(yīng) 于數(shù)碼顯示管，必須設(shè)計成BCD計數(shù)。因此可以設(shè)計成10進制和6進制級聯(lián)。 10進制的Verilog代碼如下：module counter10(Q,nCR,EN,CP);input nCR,EN,CP;output 3:0Q;reg 3:0Q;always(posedge CP )begin if(nCR) Q=4b0000; else if(EN) Q=Q; else if(Q=4b1001) Q=4b0000; else Q=Q+1b1;endendmodule 六進制的Verilog代碼如下：module counter6(Q,nCR,EN,CP);input nCR,EN,CP;output 3:0Q;reg 3:0Q;always(posedge CP or negedge nCR )begin if(nCR) Q=4b0000; else if(EN) Q=Q; else if(Q=4b0101) Q=4b0000; else Q=Q+1b1;endendmodule10進制和6進制的級聯(lián)代碼放置頂層文件top_clock中，將在后面介紹。（2）時計數(shù)器的設(shè)計 時計數(shù)器是一個24進制計數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運行到23時59分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應(yīng)自動顯示為00時00分00秒。具體代碼如下：module counter24(CntH,CntL,nCR,EN,CP);input CP,nCR,EN;output 3:0CntH,CntL;reg 3:0CntH,CntL;reg CO;always(posedge CP or negedge nCR)beginif(nCR) CntH,CntL=8h00;else if(EN) CntH,CntL2)|(CntL9)|(CntH=2)&(CntL=3)CntH,CntL=8h00;else if(CntH=2)&(CntL3)beginCntH=CntH; CntL=CntL+1b1;endelse if(CntL=9)beginCntH=CntH+1b1;CntL=4b0000;endelsebeginCntH=CntH;CntL=CntL+1b1;endendendmodule（3） 校時功能 當(dāng)時鐘不準確時，我們可以通過校時按鈕來調(diào)整時間。 設(shè)計思路是通過校時按鈕發(fā)出的信號，作用計數(shù)的級聯(lián)進位端，從而調(diào)整時間。具體就是讓校時端參與進位使能端。具體代碼也放在top_clock中。（4） 仿廣播電臺正點報時功能 在59分51秒、53秒、55秒、57秒發(fā)出低音512Hz信號，在59分59秒時發(fā)出一次高音1024Hz信號，音響持續(xù)1秒鐘，在1024Hz音響結(jié)束時刻為整點。 設(shè)計思路是利用FPGA實驗開發(fā)裝置提供的另一路1024Hz CPs時鐘信號來實現(xiàn)仿廣播電臺正點報時功能。 取要進入蜂鳴端的信號為Cout。當(dāng)時間不在59分51秒、53秒、55秒、57秒、59秒時，Cout為低電平。當(dāng)在59分51秒、53秒、55秒、57秒時，每次遇到CPs的上跳沿就翻轉(zhuǎn)一次，這樣剛好Cout為512Hz的信號，而在59分59秒時，取Cout為每次遇到CPs的上跳沿和下跳沿都翻轉(zhuǎn)一次的信號，即為1024Hz信號。而要產(chǎn)生每次遇到CPs的上跳沿和下跳沿都翻轉(zhuǎn)一次的信號，可用每次遇到CPs上跳沿翻轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生的信號和每次遇到CPs下跳沿翻轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生的信號相異或而得到，即為1024Hz的信號。每次遇到CPs上跳沿翻轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生信號的代碼實現(xiàn)如下：module speak1(Q1,CPs);input CPs;output Q1;reg Q1; always (posedge CPs)Q1=Q1; endmodule每次遇到CPs下跳沿翻轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生信號的代碼實現(xiàn)如下：module speak2(Q2,CPs);input CPs;output Q2;reg Q2;always (negedge CPs)Q2=Q2; endmodule設(shè)產(chǎn)生的信號Q1為Cout1，Q2為Cout2。加上選擇條件得到Cout的代碼如下：assign Cout=(Minute=8h59)&(Second7:4=4h5)&(Second0=1b1)?(Second3=1b1)?(Cout1Cout2):Cout1):0;（4） 定時控制功能 設(shè)定定時鬧鐘為00時14分，當(dāng)時鐘到達00時14分時蜂鳴器發(fā)出聲音。因為沒有發(fā)出的聲音頻率要求，所以采用仿廣播電臺正點報時功能的設(shè)計方法，即在選擇條件中加入00時14分。定時控制功能代碼和仿廣播電臺正點報時功能代碼合并得Cout代碼如下：assign Cout=(Minute=8h59)&(Second7:4=4h5)&(Second0=1b1)|(Hour=8h00)&(Minute=8h14)?(Second3=1b1)?(Cout1Cout2):Cout1):0;綜合上述單元電路代碼得到的頂層文件代碼如下：module top_clock(Hour,Minute,Second,Cout,CP,CPs,nCR,EN,Adj_Min,Adj_Hour);input CP,CPs,nCR,EN,Adj_Min,Adj_Hour; /定義輸入端口變量output 7:0Hour,Minute,Second; /定義輸出端口變量output Cout; wire 7:0Hour,Minute,Second; /說明變量的類型wire CPs,dingshi_EN;wire Cout,Cout1,Cout2; supply1 Vdd;wire MinL_EN,MinH_EN,Hour_EN; /定義中間變量/=Hour：Minute：Second counter=/60進制秒計數(shù)器：調(diào)用10進制和6進制底層模塊構(gòu)成 counter10 U1(Second3:0,nCR,EN,CP); /秒計數(shù)器個位counter6 U2(Second7:4,nCR,(Second3:0=4h9),CP); /秒計數(shù)器十位 assign MinL_EN=Adj_Min?Vdd:(Second=8h59);/產(chǎn)生分鐘計數(shù)器使能信號。Adj_Min=1，校正分鐘；Adj_Min=0，分鐘正常計時assign MinH_EN=(Adj_Min&(Minute3:0=4h9)|(Minute3:0=4h9)&(Second=8h59); /60進制分鐘計數(shù)器：調(diào)用10進制和6進制底層模塊構(gòu)成counter10 U3(Minute3:0,nCR,MinL_EN,CP); /分計數(shù)器個位counter6 U4(Minute7:4,nCR,MinH_EN,CP); /分計數(shù)器十位 /產(chǎn)生小時計數(shù)器使能信號。Adj_Min=1，校正小時；Adj_Min=0，小時正常計時 assign Hour_EN=Adj_Hour?Vdd:(Minute=8h59)&(Second=8h59); /24進制小時計數(shù)器：調(diào)用24進制底層模塊構(gòu)成 counter24 U5(Hour7:4,Hour3:0,nCR,Hour_EN,CP); /小時計數(shù)器 speak2 U6(Cout2,CPs); /每次遇到CPs上跳沿翻轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生的信號 speak1 U7(Cout1,CPs); /每次遇到CPs下跳沿翻轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生的信號/產(chǎn)生蜂鳴信號，實現(xiàn)仿廣播電臺正點報時和定時控制功能assign Cout=(Minute=8h59)&(Second7:4=4h5)&(Second0=1b1)|(Hour=8h00)&(Minute=8h14)?(Second3=1b1)?(Cout1Cout2):Cout1):0;endmodule 四、仿真波形:整個系統(tǒng)的波形如下所示：計時功能的波形如下所示：校時功能的波形如下圖所示校分鐘的波形：校時鐘的波形：仿廣播電臺正點報時功能的波形如下圖所示：定時控制的波形如下圖所示：定時控制設(shè)為00時14分五、管腳分配：Adj_Hour:Input Pin=9;Adj_Min:Input Pin=8;Cout:Input Pin=83; CP:Input Pin=3;CPs:Input Pin=6;EN:Input Pin=10;Hour0:Output Pin=60;Hour1:Output Pin=61;Hour2:Output Pin=62;Hour3:Output Pin=64;Hour4:Output Pin=65; Hour5:Output Pin=66; Hour6:Output Pin=67;Hour7:Output Pin=69; Minute0:Output Pin=38; Minute1:Output Pin=39;Minute2:Output Pin=47 Minute3:Output Pin=48; Minute4:Output Pin=49; Minute5:Output Pin=50;Minute6:Output Pin=51;Minute7:Output Pin=52; nCR:Input Pin=11;Second0:Output Pin=21; Second1:Output Pin=22; Second2:Output Pin=23;Second3:Output Pin=24; Second4:Output Pin=25; Second5:Output Pin=27; Second6:Output Pin=28; Second7:Output Pin=29; 其中CP接1Hz，CPs接1024Hz。管腳說明：按鍵管腳號管腳名功能說明Adj_Hour9K2按下該鍵，每隔1s，小時顯示增1，到23后又回到00Adj_Min8K1按下該鍵，每隔1s，分鐘顯示增1，到59后又回到00Cout83SPK為輸入蜂鳴器的信號，起報時和定時控制作用CP3CLK0為基本計時功能的脈沖，為1HzCPs6CLK2為報時和定時控制的脈沖，為1024HzEN10K3為使能按鍵，按下該鍵，系統(tǒng)才工作nCR11K4為清零按鍵，按下該鍵，顯示管的顯示清零6、 現(xiàn)場實測 將CLK0接1Hz，CLK2接1024Hz。當(dāng)按下K3和K4時，系統(tǒng)正常計時。如果再按下K3，系統(tǒng)不工作。如果在系統(tǒng)工作時，按下K4時，顯示管清零。如果按下K2，小時顯示的數(shù)字每隔1s增1，到23后又回到00。如果按下K1，分鐘顯示的數(shù)字每隔1s增1，到59后又回到00。如果不按下K1、K2，系統(tǒng)正常計時。當(dāng)時間到了00時14分時，系統(tǒng)將發(fā)出聲音信號，報時1分鐘。當(dāng)時間到了在59分51秒、53秒、55秒、57秒發(fā)出低音512Hz信號，在59分59秒時發(fā)出一次高音1024Hz信號，音響持續(xù)1秒鐘，在1024Hz音響結(jié)束時刻為整點。7、 實驗