數(shù)字時鐘的VHDL設(shè)計(jì)

1、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件描述語言期末考試作業(yè) 題目： 數(shù)字時鐘的VHDL設(shè)計(jì) 學(xué)院： 信息學(xué)院 專業(yè)： 物聯(lián)網(wǎng)工程 學(xué)號： 3011204286 姓名： 趙洋 2013-11-06一、 選題設(shè)計(jì)描述1. 功能介紹設(shè)計(jì)一臺能顯示時、分、秒的數(shù)字鐘。由時鐘信號經(jīng)分頻產(chǎn)生秒脈沖；計(jì)時計(jì)數(shù)器用24進(jìn)制計(jì)時電路；可手動校時，能分別進(jìn)行時、分的校正；具有整點(diǎn)報時功能。2. 算法簡介 設(shè)計(jì)原理時顯示器秒顯示器分顯示器時譯碼器秒譯碼器分譯碼器報時時計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時電路 1HZ分頻器振蕩器圖1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)由振蕩器、分頻器、“時、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點(diǎn)報時電路等組成。振蕩器

2、和分頻器產(chǎn)生整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計(jì)時系統(tǒng)的精度?！懊胗?jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒向“分計(jì)數(shù)器”進(jìn)位；“分計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分向“時計(jì)數(shù)器”進(jìn)位；“時計(jì)數(shù)器”采用二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)?！皶r、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。校時電路用來當(dāng)計(jì)時出現(xiàn)誤差時對“時、分、秒”進(jìn)行校對調(diào)整。 設(shè)計(jì)過程1. 設(shè)計(jì)思路時鐘脈沖信號作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時計(jì)數(shù)器是計(jì)滿24后，系統(tǒng)自動復(fù)位重新開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼電路后送到顯示器顯示。可以

3、用校時電路進(jìn)行校時。2. 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方案 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)包括編碼模塊、分頻模塊、秒計(jì)時模塊、分計(jì)時模塊、小時計(jì)時模塊和報時模塊。該數(shù)字鐘可以實(shí)現(xiàn)3個功能：計(jì)時功能、報時功能和設(shè)置時間功能。2.1. 編碼模塊編碼模塊主要是對時（sethour）、分（setmin）、秒（setsec）的設(shè)置輸入。2.2. 分頻模塊在數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)中，外部輸入時鐘信號clk1的頻率為8hz，其分頻后的頻率為clk，使其分頻結(jié)果為1hz，用來提供給秒計(jì)時模塊、分計(jì)時模塊、小時計(jì)時模塊。2.3. 秒計(jì)時模塊將“秒計(jì)時脈沖”clk接信號源單元的1HZ脈沖信號，此時秒顯示將從00計(jì)時到59，然后回到00，重新計(jì)時。在秒位進(jìn)行

4、計(jì)時的過程中。秒計(jì)時器是由一個60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器構(gòu)成的，具有置數(shù)和計(jì)數(shù)功能。其中rst為置數(shù)信號，當(dāng)rst為1時，秒計(jì)時器置數(shù)。clk為驅(qū)動秒計(jì)時器的時鐘，sec1、sec0為秒計(jì)時器的高位和低位輸出。2.4. 分計(jì)時模塊分計(jì)時電路：將“分計(jì)時脈沖”clk接信號源單元的1HZ脈沖信號，此時分顯示將從00計(jì)時到59，然后回到00，重新計(jì)時。在分位進(jìn)行計(jì)時的過程中。分計(jì)時器是由一個60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器構(gòu)成的，具有置數(shù)和計(jì)數(shù)功能。其中rst為置數(shù)信號，當(dāng)rst為1時，分計(jì)時器置數(shù)。min1、min0為分計(jì)時器的高位和低位輸出。2.5. 小時計(jì)時模塊將“小時計(jì)時脈沖”clk接信號源單元的1HZ脈沖信號，此時

5、小時顯示將從00計(jì)時到24，然后回到00，重新計(jì)時。時計(jì)時器是由一個24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器構(gòu)成的，具有置數(shù)和計(jì)數(shù)功能。其中的rst為置數(shù)信號，當(dāng)rst為1時，時計(jì)時器置數(shù)。hr1、hr0為時計(jì)時器的高位和低位輸出。3.2.6, 報時模塊當(dāng)分位到59時，秒位計(jì)到51秒、53秒、55秒、57秒、59秒時報時一次，而后小時位加1。二、 程序源代碼及說明源程序數(shù)字鐘整體程序整個程序分為五個部分，分別為分頻部分、校時部分、秒部分、分部分、小時部分。VHDL程序如下：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use

6、 IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity clock_24 isPort ( clk1: in STD_LOGIC;-時鐘rst: in STD_LOGIC;-復(fù)位，高有效sethr: in STD_LOGIC;-小時設(shè)置，增加1setmin: in STD_LOGIC;-分鐘設(shè)置setsec: in STD_LOGIC;-秒設(shè)置hr0 : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);-小時個位hr1 : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);-小時十位min0 : out STD_LOGIC_VECTOR(3 d

7、ownto 0);-分鐘個位min1 : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);-分鐘十位sec0 : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);-秒個位 sec1 : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);-秒十位speak: out STD_LOGIC-報時輸出 );end clock_24;architecture rtl of clock_24 issignal co_sec0: STD_LOGIC;-秒個位計(jì)數(shù)溢出標(biāo)示signal co_sec1: STD_LOGIC;signal co_min0: ST

8、D_LOGIC;signal co_min1: STD_LOGIC;signal co_hr0: STD_LOGIC;signal cnt_sec0: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);-秒個位計(jì)數(shù)器signal cnt_sec1: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);signal cnt_min0: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);signal cnt_min1: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);signal cnt_hr0: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);signa

9、l cnt_hr1: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);signal state_hour:STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0);-小時個位當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)state_hour="00","01"時，cnt_hr0計(jì)數(shù)從0到9，當(dāng)state_hour="10"時,cnt_hr0計(jì)算從0到3.begincounter_second0:-秒個位計(jì)數(shù)器process(clk1,rst,setsec)beginif(rst='1') then-異步復(fù)位cnt_sec0<="

10、;0000"elsif(clk1'event and clk1='1')then-如果秒計(jì)數(shù)脈沖上升沿到來if(setsec='1')then-如果秒設(shè)置按下，則秒計(jì)數(shù)器增加1if(cnt_sec0>="1000") thencnt_sec0<=cnt_sec0-"1000"elsecnt_sec0<=cnt_sec0+"0010"end if;elseif(cnt_sec0="1001")then-如果cnt_sec0計(jì)數(shù)到9，則將cnt_sec

11、0=0;cnt_sec0<="0000"else-否則將cnt_sec0增加1;cnt_sec0<=cnt_sec0+"0001"-否則計(jì)數(shù)器加1end if;end if;if(cnt_sec0="1000") then-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志co_sec0<='1'elseco_sec0<='0'end if;end if;end process counter_second0;counter_second1:-秒十位計(jì)數(shù)器process(clk1,rst)beginif(rst=&#

12、39;1') thencnt_sec1<="0000"elsif(clk1'event and clk1='1')thenif(co_sec0='1')thenif(cnt_sec1="0101")then-如果溢出則置0cnt_sec1<="0000"elsecnt_sec1<=cnt_sec1+"0001"-否則計(jì)數(shù)器加1end if;end if;if(cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0

13、101")then-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志co_sec1<='1'elseco_sec1<='0'end if;end if;end process counter_second1;counter_miniute0:-分個位計(jì)數(shù)器process(clk1,rst,setmin)beginif(rst='1') thencnt_min0<="0000"elsif(clk1'event and clk1='1')thenif(setmin='1')thencnt_min0&

14、lt;=cnt_min0+"0001"end if;if (co_sec1='1')thenif(cnt_min0="1001")then-如果溢出則置0cnt_min0<="0000"elsecnt_min0<=cnt_min0+"0001"-否則計(jì)數(shù)器加1end if;end if;if(cnt_min0="1001" and cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0101")then-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志co

15、_min0<='1'elseco_min0<='0'end if;end if;end process counter_miniute0;counter_miniute1:-分十位計(jì)數(shù)器process(clk1,rst)beginif(rst='1') thencnt_min1<="0000"elsif(clk1'event and clk1='1')thenif(co_min0='1')thenif(cnt_min1="0101")then-如果溢

16、出則置0cnt_min1<="0000"elsecnt_min1<=cnt_min1+"0001"-否則計(jì)數(shù)器加1end if;end if;if(cnt_min1="0101" and cnt_min0="1001" and cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0101")then-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志co_min1<='1'elseco_min1<='0'end if;end if;end proce

17、ss counter_miniute1;counter_hour0:-小時個位計(jì)數(shù)器process(clk1,rst,sethr)beginif(rst='1') thencnt_hr0<="0000"state_hour<="00"elsif(clk1'event and clk1='1')thenif(sethr='1')thencnt_hr0<=cnt_hr0+"0001"end if;case state_hour iswhen "00&quo

18、t;=>-如果當(dāng)前是00，cnt_hr0的計(jì)數(shù)范圍從09if (co_min1='1')thenif(cnt_hr0="1001")then-如果溢出則置0cnt_hr0<="0000"state_hour<="01"elsecnt_hr0<=cnt_hr0+"0001"-否則計(jì)數(shù)器加1end if;end if;if(cnt_hr0="1001" and cnt_min1="0101" and cnt_min0="1001&

19、quot; and cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0101")thenco_hr0<='1'-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志elseco_hr0<='0'end if;when "01"=>-如果當(dāng)前是01，cnt_hr0的計(jì)數(shù)范圍從09if (co_min1='1')thenif(cnt_hr0="1001")then-如果溢出則置0cnt_hr0<="0000"state_hour<="10&

20、quot;elsecnt_hr0<=cnt_hr0+"0001"-否則計(jì)數(shù)器加1end if;end if;if(cnt_hr0="1001" and cnt_min1="0101" and cnt_min0="1001" and cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0101")thenco_hr0<='1'elseco_hr0<='0'end if;when "10"=>-如

21、果當(dāng)前是10，cnt_hr0的計(jì)數(shù)范圍從03if (co_min1='1')thenif(cnt_hr0="0011")then-如果溢出則置0cnt_hr0<="0000"state_hour<="00"elsecnt_hr0<=cnt_hr0+"0001"-否則計(jì)數(shù)器加1end if;end if;if(cnt_hr0="0011" and cnt_min1="0101" and cnt_min0="1001" and

22、 cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0101")thenco_hr0<='1'-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志elseco_hr0<='0'end if;when others=>state_hour<="00"end case;end if;end process counter_hour0;counter_hour1:-小時十位計(jì)數(shù)器process(clk1,rst)beginif(rst='1') thencnt_hr1<="0000"elsif(clk1'event and clk1='1')thenif(co_hr0='1')thenif(cnt_hr1="0010")then-如果溢出則置0cnt_hr1<="0000"elsecnt_hr1<=cnt_hr1+"0001"end if;en