基于vhdl的萬年歷設(shè)計

1、實(shí)驗(yàn)報告基 于 VHDL 的 萬 年 歷 設(shè) 計 學(xué)號： 姓名：吉光宇 班級：13電信一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃O(shè)計具有如下功能的萬年歷： （1）能進(jìn)行正常的年、月、日和時、分、秒的日期和時間計時功能，按鍵KEY1用來進(jìn)行模式切換，當(dāng)KEY1=1時，顯示年、月、日；當(dāng)KEY1=0時，顯示時、分、 秒。 （2）能利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的按鍵實(shí)現(xiàn)年、月、日和時、分、秒的校對功能。 （3）用層次化設(shè)計方法設(shè)計該電路，編寫各個功能模塊的程序。（4）仿真報時功能，通過觀察有關(guān)波形確認(rèn)電路設(shè)計是否正確。 （5）完成電路設(shè)計后，用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下載驗(yàn)證設(shè)計的正確性。二：實(shí)驗(yàn)原理、1.按照模塊化的設(shè)計思想，要實(shí)現(xiàn)萬年歷的基礎(chǔ)功能，必定

2、要包含年、月、日和時、分、秒的功能模塊，其中秒和分可以用六十進(jìn)制計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，時用二十四進(jìn)制計數(shù)器實(shí)現(xiàn)，月用十二進(jìn)制計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，年的低兩位和高兩位都是一百進(jìn)制計數(shù)器，比較特殊的是天的計數(shù)器，因?yàn)樗兴姆N情況，大月三十一天，小月三十天，平年二月二十八天，閏年二月有二十九天，所以年和月的模塊對天的計數(shù)都有影響，需要從年和月的輸出端引出控制信號來控制天的計數(shù)。同時每個計數(shù)器都有顯示輸出端和進(jìn)位輸出端，同時低級別（如秒）的進(jìn)位輸出要給較高級別（如分）的時鐘輸入端，以此類推，采用串行工作方式進(jìn)行連接。從而完成了基礎(chǔ)的計時和顯示的功能。 再按照由基礎(chǔ)功能到增強(qiáng)功能的設(shè)計思路，要實(shí)現(xiàn)校時功能，要在之前電路

3、的基礎(chǔ)之上增加一個校時控制模塊，增加兩個按鍵來實(shí)現(xiàn)控制，按鍵1來選擇校對哪一個模塊，按鍵2選擇校對到何值檢測到按鍵2的一個上升沿，對應(yīng)的計數(shù)器加1。除此之外還需要有顯示模式的切換的功能，需要增加一個模式切換的控制模塊，通過增加一個按鍵3來實(shí)現(xiàn)控制，是顯示年月日還是時分秒。三.實(shí)驗(yàn)說明萬年歷的設(shè)計思路與多功能時鐘的設(shè)計思路相似。多功能時鐘的各功能模塊及相互之間的連接如下圖1所示 圖1多功能時鐘系統(tǒng)原理框圖 年、月、日和時、分、秒的顯示格式如圖2所示。年、月、日同時顯示，時、分、秒同時顯示，通過顯示模式切換來分別顯示。 年/時 月/分 日/秒 圖2萬年歷顯示格式四.實(shí)驗(yàn)原理圖萬年歷時分秒部分的原理

4、圖如下圖所示，年月日部分與之同理，通過控制可以進(jìn)行切換。譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動時十位計數(shù)時個位計數(shù)分十位計數(shù)分個位計數(shù)秒十位計數(shù)秒個位計數(shù)校時控制電路校分控制電路分頻器電路分頻器電路晶體振蕩器電路1HZ圖3萬年歷實(shí)驗(yàn)原理圖圖4萬年歷實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)框圖圖5萬年歷實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)局部圖原理圖說明： 如圖4、5所示，K1鍵是選擇萬年歷工作的模式，K2鍵提供上升沿（時鐘功能）來使各計數(shù)模塊加一，從而實(shí)現(xiàn)校時的功能。LED燈起指示作用。 模式0：正常計時顯示 -K1不按，LED1到LED5都不亮 模式1：調(diào)整分增加 -K1按下一次，LED1亮其余四個不亮 模式2：調(diào)整時增加 - K1按下兩次

5、，LED2亮其余四個不亮 模式3：調(diào)整日增加 - K1按下三次，LED3亮其余四個不亮 模式4：調(diào)整月增加 - K1按下四次，LED4亮其余四個不亮 模式5：調(diào)整年增加 - K1按下五次，LED5亮其余四個不亮 CLK是外部1Hz輸入時鐘，作為秒的時鐘輸入，驅(qū)動整個萬年歷工作運(yùn)行。 K3鍵是顯示模式的選擇，顯示時分秒時，LEDSHUCHUMOSHI指示燈亮，顯示年月日時，LEDSHUCHUMOSHI指示燈滅。4.工作過程 當(dāng)1Hz時鐘信號從CLK輸入端輸入時，K1,K2,K3都沒有按下時，系統(tǒng)從零（閏年）開始處于正常的計時模式，顯示時分秒部分，LEDSHUCHUMOSHI指示燈亮。低位計滿歸零

6、并且向高位進(jìn)1，如果月份是二月，則天計滿29就向月進(jìn)1。如果按下按鍵3，LEDSHUCHUMOSHI指示燈不亮，顯示年月日部分。如果此時按一下按鍵1，那么萬年歷停止計時，工作于模式1，再通過按鍵2對分進(jìn)行校時，通過同樣的方法可以對時、日、月、年進(jìn)行校時。當(dāng)校時完畢，需要萬年歷重新計時工作時，通過按下鍵1使LED1到LED5都不亮?xí)r，系統(tǒng)工作與正常計時模式。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1VHDL程序與仿真4.1.1秒與分模塊秒與分模塊為六十進(jìn)制的計數(shù)器源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;EN

7、TITY CNT60 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;Q1,Q2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);COUT:OUT STD_LOGIC);END CNT60;ARCHITECTURE ONE OF CNT60 ISSIGNAL Q11,Q22:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THENQ11=Q11+1;IF Q11=9 THEN Q110);Q22=Q22+1;END IF;IF Q22=5 AND Q11=9 THEN Q22=0

8、000;Q11=0000;COUT=1;ELSE COUT=0;END IF;END IF;END PROCESS;Q1=Q11;Q2=Q22;END;仿真結(jié)果：圖6 60進(jìn)制計數(shù)器仿真圖如上圖所示當(dāng)Q1、Q2計滿60時，Q1、Q2都?xì)w零同時有一個進(jìn)位輸出脈沖，完成了六十進(jìn)制計數(shù)器的功能，設(shè)計正確。4.1.2小時模塊時模塊為24進(jìn)制計數(shù)器。源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CNT24 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; Q1,Q2:OUT STD_

9、LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);COUT:OUT STD_LOGIC);END CNT24;ARCHITECTURE ONE OF CNT24 ISSIGNAL Q11,Q22:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THENQ11=Q11+1;IF Q11=9 THEN Q110);Q22=Q22+1;END IF;IF Q22=2 AND Q11=3 THEN Q22=0000;Q11=0000;COUT=1;ELSE COUT=0;END IF;END IF;END

10、 PROCESS;Q1=Q11;Q2=Q22;END;仿真結(jié)果： 圖7 24進(jìn)制計數(shù)器仿真圖如上圖所示當(dāng)Q1、Q2計滿24時，Q1、Q2都?xì)w零同時有一個進(jìn)位輸出脈沖，完成了六十進(jìn)制計數(shù)器的功能，設(shè)計正確。4.1.3日（天）模塊日模塊有四種情況，大月為31進(jìn)制計數(shù)器，小月為30進(jìn)制計數(shù)器，平年二月為28進(jìn)制計數(shù)器，閏年二月為29進(jìn)制計數(shù)器，需要有一個二位判斷輸入信號來進(jìn)行進(jìn)制數(shù)的選擇。源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY DAY ISPORT( PANDUAN :IN

11、 STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);-兩位判斷輸入信號 CLK :IN STD_LOGIC; CQ1 :OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); CQ2 :OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); COUT :OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ONE OF DAY ISSIGNAL CQ3,CQ4:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL PAN:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK,PANDUAN)B

12、EGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN -上升沿CQ3=CQ3+1;IF CQ3=9 THEN CQ30);CQ4=CQ4+1;END IF;PANIF CQ3=0001 AND CQ4=0011 -判斷信號為00時為31進(jìn) THEN CQ3=0001;CQ4=0000;COUT=1; - 制計數(shù)器ELSE COUTIF CQ3=0000 AND CQ4=0011 -判斷信號為01時為30進(jìn)THEN CQ3=0001;CQ4=0000;COUT=1; - 制計數(shù)器ELSE COUTIF CQ3=1000 AND CQ4=0010 -判斷信號為10時為28進(jìn)THEN CQ3

13、=0001;CQ4=0000;COUT=1; - 制計數(shù)器ELSE COUTIF CQ3=1001 AND CQ4=0010 -判斷信號為11時為29進(jìn)THEN CQ3=0001;CQ4=0000;COUT=1; - 制計數(shù)器 ELSE COUTNULL;END CASE;END IF;CQ1=CQ3; CQ2=CQ4;END PROCESS;END;仿真結(jié)果：圖8 判斷信號為00時天模塊仿真圖圖9 判斷信號為01時天模塊仿真圖 圖10 判斷信號為10時天模塊仿真圖圖11 判斷信號為11時天模塊仿真圖如圖8、9、10、11所示，仿真結(jié)果與設(shè)計要求一致，日模塊的設(shè)計正確4.1.4月模塊月模塊為1

14、2進(jìn)制計數(shù)器，同時其需要為天提供判斷信號輸出，其與天的判斷輸入信號相一致。由于二月的判斷信號輸出要受到平年和閏年的影響，平年時判斷信號是10，閏年時判斷信號為11，所以它要有接收來之年模塊的判斷平年閏年的輸出信號（run=0時表平年，run=1時表閏年）。源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY MONTH ISport(clk :IN STD_LOGIC; run :IN STD_LOGIC; cout :OUT STD_LOGIC; pan :OUT STD_LOG

15、IC_VECTOR(1 DOWNTO 0); cq1,cq2 :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END ;ARCHITECTURE behav OF MONTH ISsignal cq3,cq4: STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0);signal cq5: STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(clk)BEGINIF clkEVENT and clk=1 THEN cq3=cq3+1;IF cq3=9 THEN cq4=cq4+1;cq3=0000; END IF;IF cq3=2 an

16、d cq4=1 THEN cq3=0001;cq4=0000;cout=1;ELSE cout=0;END IF;END IF; -十二進(jìn)制計數(shù)器cq5panif run=1 then pan=11;else panpanpanpanpanpanpanpanpanpanpanNULL;END CASE; cq1=cq3; cq2=cq4;END PROCESS;END;仿真結(jié)果：圖12 平年（run=0）時月模塊仿真圖圖13 閏年（run=1）時月模塊仿真圖如圖12、13所示月模塊為12進(jìn)制計數(shù)器，并且1、3、5、7、8、10、12月（大月）判斷信號為00,4、6、9平年（run=0）2月的判

17、斷輸出信號為、11月（小月）判斷信號為01，平年（run=0）2月的判斷輸出信號為10，閏年（run=1）2月的判斷輸出信號為11，與天模塊的判斷輸入信號相一致，符合設(shè)計要求，模塊的設(shè)計正確。4.1.5年模塊年的高兩位和低兩位都為一百進(jìn)制計數(shù)器，功能基本相同，不同的是低兩位模塊有閏年判斷輸出信號，要傳送給月份模塊，計滿四次就產(chǎn)生一個閏年輸出信號，因?yàn)殚c年數(shù)值是4的整倍數(shù)。源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY YEAR ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;

18、Y1,Y2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);RUN,COUT:OUT STD_LOGIC);END YEAR;ARCHITECTURE ONE OF YEAR ISSIGNAL Q1,Q2,Q3:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN Q1=Q1+1;IF Q1=9 THEN Q10);Q2=Q2+1;END IF;IF Q2=9 AND Q1=9 THEN Q2=0000;Q1=0000;COUT=1;ELSE COUT=0;END IF;EN

19、D IF;END PROCESS;PROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN Q3=Q3+1;IF Q3=3 THEN Q30);RUN=1;ELSE RUN =0;END IF;END IF;Y1=Q1;Y2=Q2;END PROCESS;END;仿真結(jié)果：圖14 低兩位年模塊仿真圖如圖14所示，低兩位年模塊為100進(jìn)制計數(shù)器當(dāng)T2、T1表示的數(shù)為4的整數(shù)倍時，判斷閏年輸出信號就為高電平，與月模塊的判斷閏年輸入信號相一致。符合設(shè)計的要求，設(shè)計正確。4.1.6校時模塊 如原理圖的說明部分所述，校時模塊進(jìn)行工作模式的選擇，輸入端設(shè)有控制按鍵K1，K2。

20、K1進(jìn)行模式的選擇，K2的功能如同手動時鐘脈沖，進(jìn)行調(diào)時設(shè)置。源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY JIAODUI ISPORT( K1,K2 :IN STD_LOGIC; MI,FI,SI,TI,YI:IN STD_LOGIC; FO,SO,TL,YO,NO :OUT STD_LOGIC; L1,L2,L3,L4,L5 :OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE BEHAV OF JIAODUI ISSIGNAL A: STD_LOGIC_V

21、ECTOR (3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(K1,K2)BEGINIF K1EVENT AND K1=1 THEN A=A+1;IF A=5 THEN AFO=MI;SO=FI;TL=SI;YO=TI;NO=YI; - 模式0正常及時 L1=0;L2=0;L3=0;L4=0;L5FO=K2;SO=0;TL=0;YO=0;NO=0; -選通分模塊，調(diào)分 L1=1;L2=0;L3=0;L4=0;L5FO=0;SO=K2;TL=0;YO=0;NO=0; -選通時模塊，調(diào)時 L1=0;L2=1;L3=0;L4=0;L5FO=0;SO=0;TL=K2;YO=0;NO=0; - 選通日

22、模塊，調(diào)日 L1=0;L2=0;L3=1;L4=0;L5FO=0;SO=0;TL=0;YO=K2;NO=0; - 選通月模塊，調(diào)月 L1=0;L2=0;L3=0;L4=1;L5FO=0;SO=0;TL=0;YO=0;NO=K2; -選通年模塊，調(diào)年 L1=0;L2=0;L3=0;L4=0;L5NULL;END CASE;END PROCESS;END;仿真結(jié)果：圖15 校時模塊仿真圖圖16 校時模塊仿真圖如圖15、16，按鍵K1，K2能夠完成萬年歷工作模式的選擇與調(diào)時校對的功能，滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，設(shè)計正確。4.1.7顯示模式切換模塊顯示模式切換模塊完成顯示年月日和顯示時分秒的相互切換，設(shè)置一

23、個按鍵K3對其進(jìn)行控制，通過檢測按鍵的上升沿，對顯示模式進(jìn)行輪流切換。源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CONTROL ISPORT(SL,SH,FL,FH,HL,HH,DL,DH,ML,MH,YL,YH,Y1L,Y1H:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);K1:IN STD_LOGIC;led:OUT STD_LOGIC;Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)

24、;END CONTROL;ARCHITECTURE ONE OF CONTROL ISSIGNAL W:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(K1)BEGIN IF K1EVENT AND K1=1 THEN W=W+1;IF W=2 THEN WQ8=Y1H;Q7=Y1L;Q6=YH;Q5=YL;Q4=MH;Q3=ML;Q2=DH;Q1=DL;ledQ8=0000;Q7=0000;Q6=HH;Q5=HL;Q4=FH;Q3=FL;Q2=SH;Q1=SL;ledNULL;END CASE;END PROCESS;END;仿真結(jié)果：如圖16所示，當(dāng)按鍵K1沒有按下時Q1到Q6顯示的是年月日部分，此時的指示燈LED為零（不亮），當(dāng)按鍵K1按下一次，檢測到一次上升沿，Q1到Q6顯示的是時分秒部分，此時的指示燈LED為1（亮），當(dāng)K1鍵再次按下時，上升沿一到，顯示年月日，這樣通過按鍵K1可以實(shí)現(xiàn)顯示模式的切換。設(shè)計符合系統(tǒng)的要求，設(shè)計正確。圖17 顯示模塊仿真圖4.2頂層設(shè)計與仿真頂層設(shè)計采樣原理圖輸入方法，用以上的各模塊的VHDL源程序分別生成元器件，在此基礎(chǔ)上用“導(dǎo)線”對元器件進(jìn)行連接，搭建原理圖，完成系統(tǒng)的頂