EDA數(shù)字時鐘VerilogHDL

1、數(shù)字時鐘及鬧鐘 目錄一、實驗任務(wù)2實驗?zāi)康?實驗要求2二、設(shè)計思路2硬件部分2軟件部分3三、完成情況6四、總結(jié)與收獲7具體分工7五、完整程序815一、實驗任務(wù)實驗?zāi)康?. 深入了解基于EDA工具的復(fù)雜時序邏輯電路的設(shè)計。2. 理解并熟練利用EDA工具進行綜合設(shè)計。3. 熟練掌握芯片燒錄的流程及步驟。4. 掌握Verilog HDL 語言的語法規(guī)范及時序電路描述方法。5. 掌握多個數(shù)碼管動態(tài)掃描與鍵盤掃描的顯示原理及設(shè)計方法。實驗要求設(shè)計一個帶鬧鐘功能的24 小時數(shù)字鐘，它包括以下幾個組成部分： 顯示屏，由4 個七段數(shù)碼管組成，用于顯示當(dāng)前時間(時：分)或設(shè)置的鬧鐘時間； 數(shù)字鍵 09，用于輸入

2、新的時間或新的鬧鐘時間； TIME(時間)鍵，用于確定新的時間設(shè)置； ALARM(鬧鐘)鍵，用于確定新的鬧鐘時間設(shè)置，或顯示已設(shè)置的鬧鐘時間； 揚聲器，在當(dāng)前時鐘時間與鬧鐘時間相同時，發(fā)出蜂鳴聲?；疽?1) 計時功能：這是本計時器設(shè)計的基本功能，每隔一秒計時一次，并在顯示屏上顯示當(dāng)前時間。(2) 鬧鐘功能：如果當(dāng)前時間與設(shè)置的鬧鐘時間相同，則揚聲器發(fā)出蜂鳴聲。(3) 設(shè)置新的計時器時間：用戶用數(shù)字鍵09輸入新的時間，然后按TIME鍵確認(rèn)。發(fā)揮部分(1) 設(shè)置新的鬧鐘時間：用戶用數(shù)字鍵“0”“9”輸入新的時間，然后按“ALARM”鍵確認(rèn)。(2) 顯示所設(shè)置的鬧鐘時間：在正常計時顯示狀態(tài)下，用

3、戶直接按下“ALARM”鍵，則已設(shè)置的鬧鐘時間將顯示在顯示屏上。二、設(shè)計思路硬件部分本次數(shù)字時鐘的設(shè)計主要在NC-EDA-2000C實驗箱上完成，應(yīng)用的芯片為Altara公司的EP1K10TC1003芯片。該芯片具有低內(nèi)核電壓、低功耗的特點。芯片內(nèi)門電路高達1萬門，內(nèi)部使用RAM作電路結(jié)構(gòu)，速度高達幾百MHZ，其輸出可用管腳已全部開放，位于芯片的四周，用戶可以根據(jù)自己的要求和芯片本身的功能自己任意定義管腳。同時為了體現(xiàn)實驗箱的可擴展性，在芯片的兩邊各有一個34腳的IDE插口，可以通過數(shù)據(jù)排線與其它應(yīng)用模塊相連接。除了主芯片外，主要包括三大部分：八個數(shù)碼管組成的顯示部分、44鍵盤構(gòu)成的按鍵輸入部

4、分。以及其他輸入或輸出部分，如：TIME鍵、“ALARM”鍵、時鐘信號、蜂鳴器等。8位7段數(shù)碼管：采用2個進口共陰高紅7段數(shù)碼管組成，其連接管腳位選信號在數(shù)碼管的左邊由連接孔SEL0、SEL1、SEL2與其它模塊連接。數(shù)碼管顯示的設(shè)計示意圖如下：八位數(shù)碼管顯示設(shè)計示意圖44鍵盤： 44鍵盤主要是通過編程實現(xiàn)0F的輸入，也可以作為一個控制鍵。在其上方的連接孔R1、R2、R3、R4控制橫向4位；C1、C2、C3、C4縱向4位。鍵盤輸入設(shè)計示意圖如下：44鍵盤輸入設(shè)計示意圖 軟件部分軟件主要應(yīng)用軟件quartus，使用Verilog HDL語言來編寫程序。在老師所給的keyscan的基礎(chǔ)上加入計時部

5、分、設(shè)置部分（時間的設(shè)置和鬧鐘的設(shè)置）以及鬧鈴部分。a) 計時部分always(posedge clkl) /計時過程beginhour=Hour;minute=Minute;if(reset) begin hour=0;minute=0;second=0;endelseif(second=59)if(minute=59)if(hour =23) begin second=0;minute=0;hour=0;endelse begin second=0;minute=0;hour=hour+1;endelse begin second=0;minute=minute+1;endelse sec

6、ond=second+1;end其中，clkl為1Hz的時鐘信號，當(dāng)每遇到一個時鐘信號的上升沿時，秒鐘就加1秒；當(dāng)加到59時，分鐘就加1，秒鐘自動回到0重新計時；當(dāng)分鐘加到59時，時鐘就加1，然后分鐘回到0；當(dāng)計時到23:59:59時，則回到00:00:00再進入計時。reset為清零信號，高電平有效。b) 設(shè)置部分always (posedge clkh)begin if(w=1)/設(shè)置時間begin Hour=num1*10+num2; Minute=num3*10+num4; endelse if(p=1) /設(shè)置鬧鐘begin Ahour=num1*10+num2; Aminute=n

7、um3*10+num4; end end將按下的鍵值存在num1、num2、num3、num4中，再通過w和p即所謂的TIME(時間)鍵與ALARM(鬧鐘)鍵將輸入的數(shù)值賦給初始時間或鬧鐘時間。c) 鬧鈴部分 always (posedge clkh)/鬧鐘響beginif(hour=Ahour)&(minute=Aminute) ds=1; else ds=0;end當(dāng)設(shè)置的鬧鐘時間（時：分）與當(dāng)前的時間（時：分）相等時，則鬧鈴發(fā)出響聲；ds信號可以接在蜂鳴器上或者發(fā)光二極管上。本次設(shè)計的完整程序已附在報告的最后。整體程序編譯無誤。程序中涉及的變量名稱及其對應(yīng)的變量意義：引腳配置圖三、完成情

8、況在這次實驗過程中我們完成了24小時數(shù)字時鐘的設(shè)計。時鐘的顯示屏為七段數(shù)碼管。顯示出的時間格式為小時、分鐘、秒鐘（如圖1）。時鐘含有鬧鐘，可以在程序中設(shè)置鬧鐘時間，在實際時間和鬧鐘時間相吻合時蜂鳴器響。圖2中的二極管亮即可說明，在鬧鐘時間可以輸出高電平，該輸出接在蜂鳴器上即可使蜂鳴器響。本次設(shè)計的鬧鐘為響1分鐘自動關(guān)閉。圖3中二極管熄滅。圖1 時間顯示圖2 鬧鐘響（體現(xiàn)為發(fā)光二極管發(fā)光）圖3 發(fā)光二極管熄滅（本次設(shè)計的鬧鐘為響1分鐘自動關(guān)閉）四、總結(jié)與收獲在實驗設(shè)計的過程中，我們首先嘗試了樹上和老師上課時所講的例程，在熟悉軟件和設(shè)計流程后開始了數(shù)字時鐘的設(shè)計。在設(shè)計數(shù)字時鐘時，我們先分設(shè)計出來

9、時鐘的自動計數(shù)顯示，實現(xiàn)了24小時時鐘。之后實驗了4*4鍵盤，實現(xiàn)了鍵盤輸入值的掃描讀取。最后設(shè)計了鬧鐘部分，包括設(shè)置鬧鐘時間和到時間鬧鈴響。我們通過本次實驗深入了解基于EDA工具的復(fù)雜時序邏輯電路的設(shè)計，理解并熟練利用quartus進行Verilog HDL語言的設(shè)計。掌握了建立工程項目，編譯調(diào)試程序，下載程序的流程和步驟。在應(yīng)用的過程中掌握了數(shù)碼管和鍵盤掃描的原理和方法。并且對Verilog HDL語言的語法規(guī)則和幾種常用語句有了更深入的理解。實驗過程中通過合作的方式，小組成員積極討論，對不同的語句進行了對比，最終確定了本次實驗的完整程序。這次完成的數(shù)字時鐘只是EDA實驗箱中可以實現(xiàn)的眾多

10、功能之一，我們也認(rèn)識到Verilog HDL語言可以實現(xiàn)的設(shè)計還有很多，本次實驗激發(fā)了我們對Verilog HDL語言的興趣，也讓我們認(rèn)識到課堂的學(xué)習(xí)是有限的，想更加深入學(xué)習(xí)Verilog HDL語言，還要在今后的學(xué)習(xí)中多多自學(xué)，勤加練習(xí)。五、完整程序module zonghe (clkl,clkh,reset,q,w,p,kr,kc,a,b,c,d,e,f,g,sa,sb,sc,ds); input clkl,clkh,reset; /計數(shù)時鐘脈沖、掃描頻率脈沖與復(fù)位信號 input q,w,p; /啟動設(shè)置的控制信號、設(shè)置時間的控制信號及設(shè)置鬧鐘的控制信號 inout 3:0kr; /4*

11、4鍵盤的行輸入/輸出信號 inout 3:0kc; /4*4鍵盤的列輸入/輸出信號 output a,b,c,d,e,f,g,sa,sb,sc,ds; /LED的7個片選信號與3個位選信號 reg a,b,c,d,e,f,g,sa,sb,sc,ds; reg 3:0kr,kc; reg 6:0 display ; reg 2:0 dcount,kcount; reg 3:0keyr,keyc; reg kflag1,kflag2; reg 6:0 buff7 ; reg 3:0 shiwei1,gewei1,shiwei2,gewei2,shiwei3,gewei3; reg5:0 hour,

12、minute,second,Ahour,Aminute,Hour,Minute; /儲存當(dāng)前時間的時分秒、鬧鐘的時分及設(shè)置的時間的時分 always(posedge clkh) /累加兩個計數(shù)值 begin dcount=dcount+1; kcount=kcount+1; end always (posedge clkh) /掃描鍵盤 begin if(kcount=0) begin kr=4b1111; kc=4b0000; end else if(kcount=1) begin keyr=kr; kr=4bZZZZ; end else if(kcount=2) begin kr=4b00

13、00; kc=4b1111; end else if(kcount=3) begin keyc=kc;kc=4bZZZZ; end end always(posedge clkh) /改變鍵的標(biāo)志位 begin if(kcount=4 & keyr=4b1111) kflag1=0; else if(kcount=4) kflag1=1; kflag2=kflag1; end always(posedge clkh) / 獲取相應(yīng)按鍵按下的結(jié)果begin if(kcount=5) if(keyr=4b1110) case (keyc) 4b1110:buff7=7b0111111; /在LED

14、上顯示0 4b1101:buff7=7b0000110; /在LED上顯示1 4b1011:buff7=7b1011011; /在LED上顯示2 4b0111:buff7=7b1001111; /在LED上顯示3 default :buff7=buff7; /無變化 endcase else if (keyr=4b1101) case (keyc) 4b1110:buff7=7b1100110; /在LED上顯示4 4b1101:buff7=7b1101101; /在LED上顯示5 4b1011:buff7=7b1111101; /在LED上顯示6 4b0111:buff7=7b0000111

15、; /在LED上顯示7 default :buff7=buff7; / 無變化 endcase else if(keyr=4b1011) case (keyc) 4b1110:buff7=7b1111111; / 在LED上顯示8 4b1101:buff7=7b1101111; / 在LED上顯示9 4b1011:buff7=7b1110111; /在LED上顯示a 4b0111:buff7=7b1111100; /在LED上顯示b default :buff7=buff7; / 無變化 endcase else if(keyr=4b0111) case (keyc) 4b1110:buff7

16、=7b0111001; /在LED上顯示c 4b1101:buff7=7b1011110; /在LED上顯示d 4b1011:buff7=7b1111001; /在LED上顯示e 4b0111:buff7=7b1110001; / 在LED上顯示f default:buff7=buff7; /無變化 endcase end always(posedge clkh) /顯示過程 begin sa=dcount0; /將dcount賦給LED的三個片選信號 sb=dcount1; sc=dcount2; shiwei1=hour/10;gewei1=hour%10;shiwei2=minute/1

17、0;gewei2=minute%10;shiwei3=second/10;gewei3=second%10;if(dcount=3b111)/判斷位選dcount的值，并將此位上的值輸出到數(shù)碼管case(shiwei1) /在第一數(shù)碼管上顯示時鐘的十位 4b0000: display = 7b0111_111;4b0001: display= 7b0000_110;4b0010: display = 7b1011_011;4b0011: display = 7b1001_111;4b0100: display = 7b1100_110;4b0101: display = 7b1101_101;

18、4b0110: display = 7b1111_101;4b0111: display = 7b0000_111;4b1000: display = 7b1111_111;4b1001: display = 7b1101_111; default: display = 7b0000_000;endcaseif(dcount=3b000) /在第二個數(shù)碼管上顯示時鐘的個位case(gewei1) 4b0000: display = 7b0111_111;4b0001: display = 7b0000_110;4b0010: display = 7b1011_011;4b0011: displ

19、ay = 7b1001_111;4b0100: display = 7b1100_110;4b0101: display = 7b1101_101;4b0110: display = 7b1111_101;4b0111: display = 7b0000_111;4b1000: display = 7b1111_111;4b1001: display = 7b1101_111; default: display = 7b0000_000;endcaseif(dcount=3b001) /在第三個數(shù)碼管上顯示分鐘的十位case(shiwei2) 4b0000: display = 7b0111_

20、111;4b0001: display = 7b0000_110;4b0010: display = 7b1011_011;4b0011: display = 7b1001_111;4b0100: display = 7b1100_110;4b0101: display = 7b1101_101;4b0110: display = 7b1111_101;4b0111: display = 7b0000_111;4b1000: display = 7b1111_111;4b1001: display = 7b1101_111; default: display = 7b0000_000;endc

21、aseif(dcount=3b010) /在第四個數(shù)碼管上顯示分鐘的個位case(gewei2) 4b0000: display = 7b0111_111;4b0001: display = 7b0000_110;4b0010: display = 7b1011_011;4b0011: display = 7b1001_111;4b0100: display = 7b1100_110;4b0101: display = 7b1101_101;4b0110: display = 7b1111_101;4b0111: display = 7b0000_111;4b1000: display = 7

22、b1111_111;4b1001: display = 7b1101_111; default: display = 7b0000_000;endcase if(dcount=3b011) /在第五個數(shù)碼管上顯示秒鐘的十位case(shiwei3) 4b0000: display = 7b0111_111;4b0001: display = 7b0000_110;4b0010: display = 7b1011_011;4b0011: display = 7b1001_111;4b0100: display = 7b1100_110;4b0101: display = 7b1101_101;4

23、b0110: display = 7b1111_101;4b0111: display = 7b0000_111;4b1000: display = 7b1111_111;4b1001: display = 7b1101_111; default: display = 7b0000_000;endcaseif(dcount=3b100) /在第六個數(shù)碼管上顯示秒鐘的個位case(gewei3) 4b0000: display = 7b0111_111;4b0001: display = 7b0000_110;4b0010: display = 7b1011_011;4b0011: displa

24、y = 7b1001_111;4b0100: display = 7b1100_110;4b0101: display = 7b1101_101;4b0110: display = 7b1111_101;4b0111: display = 7b0000_111;4b1000: display = 7b1111_111;4b1001: display = 7b1101_111; default: display = 7b0000_000;endcase if(dcount=3b101)display =7b1000_000; /在第七個數(shù)碼管上顯示“”if(dcount=3b110)displa

25、y =buff7; /在第八個數(shù)碼管上顯示按下的鍵值endalways (posedge clkh) /將display中存的值賦給LED的七個片選信號 begin a=display0; b=display1; c=display2; d=display3; e=display4; f=display5; g=display6; end always(posedge clkl) /計時過程 clkl的頻率為1Hzbeginhour=Hour;minute=Minute; /將設(shè)置的時間（時、分）賦給hour和minuteif(reset) begin hour=0;minute=0;seco

26、nd=0; end /當(dāng)reset為1時，將時間清零即為00：00：00else /正常計時if(second=59)if(minute=59)if(hour =23) begin second=0;minute=0;hour=0;endelse begin second=0;minute=0;hour=hour+1;endelse begin second=0;minute=minute+1;endelse second=second+1;endinteger i; /記錄按鍵按下的次數(shù)reg 3:0num1,num2,num3,num4; /儲存按鍵的鍵值always (posedge c

27、lkh)/儲存按下的鍵值begin if(q=1)/啟動設(shè)置 begin i=0; if(keyc!=4b1111) i=i+1; /當(dāng)有鍵按下時，i自動加1 if(i=1) /將第一個按下的按鍵值存入num1 begin case (keyr,keyc) 4b1110_1110:num1=0; 4b1110_1101:num1=1; 4b1110_1011:num1=2; 4b1110_0111:num1=3; 4b1101_1110:num1=4; 4b1101_1101:num1=5; 4b1101_1011:num1=6; 4b1101_0111:num1=7; 4b1011_1110:num1=8; 4b1011_1101:num1=9; default:num1=num1; endcase endif(i=2) /將第二個按下的按鍵值存入num2 begin case (keyr,keyc) 4b1110_1110:num2=0; 4b1110_1101:num2=1; 4b1110_1011:num2=2; 4b1110_0111:num2=3; 4b1101_1110:num2=4; 4b1101_1101:num2=5; 4b1101_1011:num2=6; 4b1101_0