嵌入式秒表的設(shè)計

1、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用秒表設(shè)計專 業(yè)：班 級：姓 名：學(xué) 號：201*年*月一、設(shè)計要求1、秒表計時范圍 0999.999 秒；2、計時值采用字符型 LCD顯示；3、具有計時開始、停止、復(fù)位等功能。4、設(shè)計中時鐘輸入采用驗證電路板上的 50MHz作為基準(zhǔn)；5、程序設(shè)計盡可能考慮模塊化、 參數(shù)化設(shè)計思想， 并遵循基本的格式規(guī)范， 添加適當(dāng)?shù)淖⑨尲拔臋n說明；6、采用模塊化設(shè)計方式，底層模塊必須進(jìn)行功能仿真；7、編寫設(shè)計總結(jié)報告。二、設(shè)計原理數(shù)字鐘的讀數(shù)電路是用兩個六十進(jìn)制和一個二十四進(jìn)制（ 或十二進(jìn)制 ） 計數(shù)器實現(xiàn)的。六十進(jìn)制計數(shù)器應(yīng)由一個十進(jìn)制計數(shù)器與一個六進(jìn)制計數(shù)器組成， 分別對秒 （或分） 的個

2、位和十位進(jìn)行計數(shù)。本實驗用二十四進(jìn)制計數(shù)器作為 “時”位計數(shù)器， 它的計數(shù)序列是 00，01， 02，23，00，也就是當(dāng)計數(shù)器計到 23時 59分 59秒時，若再輸入一個秒 脈沖，計數(shù)器就進(jìn)到 00時 00分 00秒。數(shù)字鐘計數(shù)電路的設(shè)計可用反饋歸零法。當(dāng)計數(shù)器正常讀數(shù)時，反饋門不 起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時， 反饋信號隨即將計數(shù)電路清零， 實現(xiàn)相應(yīng)模的 循環(huán)計數(shù)。以六十進(jìn)制為例，當(dāng)計數(shù)器從 00,01,02 ，,59 計數(shù)時，反饋門不起 作用，只有當(dāng)?shù)?60 個脈沖到來時，反饋信號隨即將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)模為 60 的循環(huán)計數(shù)。通過對設(shè)計題目的分析，我將整體電路劃分為 5 個子電路來設(shè)計

3、，及分頻、 按鍵處理、時間計數(shù)、數(shù)據(jù)選擇和顯示模塊，而且還設(shè)置了復(fù)位信號，隨時可以 對電路進(jìn)行復(fù)位。1）分頻模塊通過對主頻信號 50MHZ的分頻來得到所需的 1000HZ的時鐘信 號，并將此作為之后子電路的標(biāo)準(zhǔn)時鐘， 實現(xiàn)同步電路的要求， 主要采用的是計 數(shù)的方法，當(dāng)寄存器記滿 50000 時產(chǎn)生輸出脈沖；2）按鍵處理模塊通過對 SW1按鍵的判別，并采用雙 D 寄存器的應(yīng)用，在標(biāo) 準(zhǔn)時鐘的觸發(fā)下產(chǎn)生 starop 脈沖，通過判別 starop 脈沖是否有高電平使 mode 信號發(fā)生高低電平的翻轉(zhuǎn)， mode為高電平時允許計數(shù)，為低電平時停止計數(shù)；3）時間計數(shù)模塊以 10 進(jìn)制計數(shù)器為基礎(chǔ)， 1

4、0 計數(shù)器設(shè)置了 en_in 的接收 進(jìn)位和 en_out 產(chǎn)生進(jìn)位，實現(xiàn)了全加器的功能； 然后用 10 進(jìn)制的計數(shù)器產(chǎn)生了 100 進(jìn)制的，再而產(chǎn)生 8 位 10 進(jìn)制的計數(shù)器子電路，取其中的低 7 位完成計數(shù) 模塊子電路的設(shè)計；4）數(shù)據(jù)選擇模塊式通過安檢處理模塊中產(chǎn)生的 mode信號和 SW2按鍵對計 數(shù)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng) mode為高電平的時候?qū)⒂嫈?shù)器的產(chǎn)生的結(jié)果存入 lcd_data_in 寄存器中；為低電平時， lcd_data_in 內(nèi)容保持不變； SW2為高電 平時進(jìn)行清零操作，使得 lcd_data_in 寄存器中的內(nèi)容全部清零。5）顯示模塊是運用 LCD顯示器的顯示原理

5、，將 lcd_data_in 寄存器中的數(shù) 據(jù)按 4 位一組的模式賦值給 lcd_data_out 8 位寄存器的低 4 位，高四位為 4b0011，選擇的是數(shù)字字庫，實現(xiàn) LCD的數(shù)據(jù)輸入，并且產(chǎn)生 RS,RW,en,cont 這 4 位控制信號，控制 LCD的顯示。三、實驗程序1) 頂層文件module ms_clock(clk_50M,SW1,SW2,SW3, /SW1 暫停 / 繼續(xù) SW2清零 SW3復(fù)位 lcd_data_out,RS,RW,en,cont);input clk_50M; / 系統(tǒng)時鐘input SW1,SW2,SW3; / 按鍵output7:0 lcd_data

6、_out;output RS,RW;output en,cont;wire clk_50M;wire SW1,SW2,SW3;wire clk_1000;wire 3:0 ms_1,ms_2,ms_3,s_1,s_2,s_3,s_4;wire 27:0 lcd_data_in;wire 7:0 lcd_data_out;wire mode;wire starop;/ 分頻模塊 , 把 50MHZ的時鐘分頻為 1000HZ用于計數(shù)器計數(shù)f_div m1(clk_50M,SW3,clk_1000);/ 按鍵處理模塊anjian m2(clk_1000,SW3,SW1,mode,starop);/

7、時間計數(shù)主模塊time_counter m3(mode,clk_1000,SW3, ms_1,ms_2,ms_3,s_1,s_2,s_3,s_4);/ 數(shù)據(jù)選擇模塊kongzhim4(clk_1000,SW3,SW2,mode,ms_1,ms_2,ms_3,s_1,s_2,s_3,s_4,lcd_data_in);/ 顯示模塊display m5(clk_1000,SW3,lcd_data_in,lcd_data_out,RS,RW,en,cont);endmodule2) 按鍵處理模塊module anjian(clk,rst,SW1,mode,starop);input clk,rst,S

8、W1;output mode,starop;wire starop;reg 1:0 DQ1;reg mode;always (posedge clk or negedge rst) if (rst)DQ1=2b00;elseDQ1=DQ10,SW1;assign starop=DQ10&DQ11; always (posedge clk or negedge rst) if (rst)mode = 1b0;else if(starop) mode = mode; endmodule 編譯結(jié)果：仿真：3) 分頻模塊module f_div(clk_50M,clr,clk_1000);input

9、clk_50M;input clr;output clk_1000;reg clk_1000;reg 15:0 cnt_div;always (posedge clk_50M or negedge clr)beginif(clr)begin / 復(fù)位信號 cnt_div = 16b0;endelse if(cnt_div = 49999) begin clk_1000 = clk_1000; cnt_div = 16b0;endelse begin cnt_div = cnt_div+1b1;endendendmodule 編譯結(jié)果：仿真：4) 數(shù)據(jù)選擇模塊module kongzhi(clk

10、,rst,clear,mode,ms_1,ms_2,ms_3,s_1,s_2,s_3,s_4, lcd_data_in);input 3:0 ms_1,ms_2,ms_3,s_1,s_2,s_3,s_4; input clear,mode,clk,rst;output 27:0 lcd_data_in;reg 27:0 lcd_data_in;always (posedge clk or negedge rst)beginif(rst)beginlcd_data_in 27:0 =28b0;endelse if (clear)/clearbegin lcd_data_in 27:0 =28b0

11、; endelse /no actionbegincase(mode)1b1: /start begin lcd_data_in3:0= ms_1; lcd_data_in7:4= ms_2; lcd_data_in11:8= ms_3; lcd_data_in15:12= s_1; lcd_data_in19:16= s_2; lcd_data_in23:20= s_3; lcd_data_in27:24= s_4;end1b0: /stop begin lcd_data_in27:0=lcd_data_in27:0; endendcaseendendendmodule 編譯結(jié)果：5) 時間

12、計數(shù)模塊module time_counter(EN,clk,clr,ms_1,ms_2,ms_3,s_1,s_2,s_3,s_4);input EN,clk,clr;output 3:0ms_1,ms_2,ms_3;output 3:0s_1,s_2,s_3,s_4;wire en1,en2,en3,en4;wire 3:0s_5;counter_1 U0(EN,clk,clr,ms_1,ms_2,en1); counter_1 U1(en1,clk,clr,ms_3,s_1,en2);counter_1 U2(en2,clk,clr,s_2,s_3,en3);counter_1 U3(en

13、3,clk,clr,s_4,s_5,en4); endmodulea. counter_1 子電路module counter_1(EN,clk,clr,ms_1,ms_2,EO);input clk,clr,EN;output 3:0 ms_2;output 3:0 ms_1;output EO;wire ld,en1,en2;assign ld=1b0;assign EO=en2;cont_10 u0(clk,clr,ld,EN,ms_1,en1);cont_10 u1(clk,clr,ld,en1,ms_2,en2); endmoduleb. cont_10 子電路module cont

14、_10(clk,rst,ld,en_in,data_out,en_out);input clk,rst,ld,en_in;output 3:0data_out;output en_out;reg 3:0data_out;assign en_out=en_in & data_out3 & data_out0; always(posedge clk or negedge rst) if(rst)data_out=4b0000;else if(ld)data_out=4b0000;else if(en_in)beginif(data_out3 & data_out0) data_out=4b0000

15、;elsedata_out=data_out+1b1;endendmodule編譯結(jié)果：仿真：6) 顯示模塊module display(clk,rst,lcd_data_in,lcd_data_out,RS,RW,en,cont); input clk,rst;input 27:0 lcd_data_in;output7:0 lcd_data_out;output RS,RW;output en,cont;wire en_out;reg RS,RW;reg3:0 count;reg7:0 lcd_data_out;reg3:0 state;wire clk_out,clk_en,cont;r

16、eg en_tmp;parameter Warmup = 4b0000,Funcset = 4b0001,Dspoff = 4b0011,Clsdsp = 4b0010,Modeset = 4b0110,Dspon = 4b0111,Setaddr1 = 4b0101,Indata1 = 4b0100,Setaddr2 = 4b1101,Indata2 = 4b1100,Idle = 4b1000;clkdiv U1(clk,clk_out);assign cont = 1b0; always (posedge clk or negedge rst) if(!rst)en_tmp=0;else

17、en_tmp=clk_out;assign en= clk_out &en_tmp; assign clk_en = en_tmp & clk_out; always(posedge clk or negedge rst) begin if(!rst) begincount=0;state=Warmup;endelsebegincase(state)Warmup:beginif(clk_en)beginif(count=4b0111) beginstate=Funcset; count=0;endelse begin state=Warmup; count=count+4b0001; ende

18、ndendFuncset:beginif(clk_en)begin if(count=4b1111) begin state=Dspoff;count=0;endelsebeginstate=Funcset; count=count+4b0001;endendendDspoff:state=Clsdsp;Clsdsp:beginif(clk_en)beginif(count=4b0101)begin state=Modeset; count=0;endelsebeginstate=Clsdsp; count=count+4b0001;endendendModeset: beginif(clk_

19、en) state=Dspon; end Dspon:beginif(clk_en)beginif(count=4b0100)begin state=Setaddr1; count=0;endelsebegin state=Dspon; count=count+4b0001;endendendSetaddr1: beginif(clk_en) state=Indata1;endIndata1:beginif(clk_en)beginif(count=4b1101)begin state=Setaddr2; count=0;endelsebeginstate=Indata1; count=cou

20、nt+4b0001; endendendSetaddr2: beginif(clk_en) state=Indata2;endIndata2:beginif(clk_en)beginif(count=4b1001)begin state=Setaddr1; count=0;endelsebeginstate=Indata2; count=count+4b0001; endendenddefault:state=Warmup;endcaseendendalways (state or count or lcd_data_in) begin case(state)Warmup: beginRS=0

21、;RW=0; lcd_data_out=8b00000000; endFuncset:lcd_data_out=8b00111000;Dspoff: lcd_data_out=8b00001000; Clsdsp: lcd_data_out=8b00000001;Modeset:lcd_data_out=8b00000110;Dspon: lcd_data_out=8b00001100; Setaddr1:beginRS=0;RW=0; lcd_data_out=8b10000000; endIndata1:beginRS=1;RW=0; case(count) 4b0000:lcd_data

22、_out=4b0011,lcd_data_in27:24; 4b0001:lcd_data_out=4b0011,lcd_data_in23:20; 4b0010:lcd_data_out=4b0011,lcd_data_in19:16; 4b0011:lcd_data_out=4b0011,lcd_data_in15:12;4b0100:lcd_data_out=8b00101110; 4b0101:lcd_data_out=4b0011,lcd_data_in11:8; 4b0110:lcd_data_out=4b0011,lcd_data_in7:4; 4b0111:lcd_data_o

23、ut=4b0011,lcd_data_in3:0;4b1000:lcd_data_out=8b00100000; 4b1001:lcd_data_out=8b00100000; 4b1010:lcd_data_out=8b00100000; 4b1011:lcd_data_out=8b00100000;4b1100:lcd_data_out=8b00100000; default:lcd_data_out=8b00100000; endcaseendSetaddr2:beginRS=0; RW=0;lcd_data_out=8b11000000; endIndata2:beginRS=1; RW=0; case(count) 4b0000:lcd_data_out=8b00100000; 4b0001:lcd_data_out=8b00100000; 4b0010:lcd_data_out=8b00100000; 4b0011:lcd_data_out=8