EDA模電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院EDA電子綜合設(shè)計(jì)院系：專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：第一部分：設(shè)計(jì)說(shuō)明1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一款數(shù)字電子時(shí)鐘，具體要求如下：1：輸入條件：50MH力寸鐘，2個(gè)輸入按鍵；2:功能實(shí)現(xiàn)：具有顯示時(shí)、分、秒功能；采用LED數(shù)碼管顯示；具有鬧鐘與對(duì)時(shí)功能，對(duì)時(shí)精確到分，鬧鐘設(shè)置與對(duì)時(shí)采用按鍵作為輸入信號(hào)。3:采用altera公司的quartusII軟件進(jìn)行編程與仿真，設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以選擇VerilogHDL或VHDL1.2目的與意義訓(xùn)練綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的數(shù)字電子技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)（HDL硬件設(shè)計(jì)）和計(jì)算機(jī)編程及電路相關(guān)基本知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)比較復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。通過(guò)綜合設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)掌握使用E

2、DA工具設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)電路的基本方法，包括原理方案的確定、詳細(xì)設(shè)計(jì)中的編程與仿真等一系列過(guò)程，為以后進(jìn)行工程實(shí)踐問(wèn)題的研究打下設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的的發(fā)展，人們對(duì)它的功能乂提出了新的要求，怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)宵春呢？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘?，F(xiàn)代社會(huì)，守時(shí)已不僅關(guān)系到一個(gè)人的職業(yè)生涯，還成了衡量一個(gè)人道德的標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)鐘為人們提供了科學(xué)利用時(shí)間規(guī)律的依據(jù)，然而，普通的機(jī)械鐘表與半機(jī)械鐘表對(duì)于忙碌的生活顯然早已不太適應(yīng)，設(shè)計(jì)一款高精度數(shù)字時(shí)鐘勢(shì)在必行。本課題將通過(guò)對(duì)目前市場(chǎng)上的數(shù)字電子鐘的研究，利用EDA支術(shù)設(shè)

3、計(jì)一款高精度數(shù)字式電子鐘，使人們可以得到精確時(shí)間顯示，幫助人們合理安排時(shí)間，方便人們的生活。第二部分原理方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)多功能數(shù)字時(shí)鐘，具有時(shí)分、秒計(jì)數(shù)顯示、鬧鐘功能。能夠利用按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)鬧、“較鐘時(shí)間的設(shè)定并在當(dāng)前顯示時(shí)間到時(shí)后能夠進(jìn)行鬧鐘提示。能夠利用按鍵實(shí)現(xiàn)“較時(shí)”分”功能，隨時(shí)對(duì)數(shù)碼管的顯示進(jìn)行校正和校對(duì)。數(shù)字中系統(tǒng)主要由系統(tǒng)時(shí)鐘，三個(gè)功能按鍵（mode,turn,change,FPGA,數(shù)碼管和蜂鳴器部分組成。數(shù)碼管顯示模塊鬧鐘模塊控制模塊圖1多功能數(shù)字時(shí)鐘整體模塊圖產(chǎn)生分頻為1HZ頻率的2.1分頻模塊方案設(shè)計(jì)分頻模塊用丁為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供穩(wěn)定的工作頻率和計(jì)時(shí)信號(hào)源,信號(hào)作為計(jì)時(shí)模塊的信

4、號(hào)源。分頻算法設(shè)計(jì)：定義變量并根據(jù)需要得到的分頻信號(hào)設(shè)定計(jì)數(shù)值，對(duì)該變量進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)，每到達(dá)一次計(jì)數(shù)值點(diǎn)，將該變量活零或重置，并且對(duì)輸出信號(hào)取一次反，即可以得到所需的分頻信號(hào)。在這里使用任意分頻計(jì)數(shù)器。定義變量并且設(shè)定一個(gè)上限值，每次加計(jì)數(shù)到該上限值時(shí),輸出該計(jì)數(shù)值的最高位。2.2顯示模塊計(jì)時(shí)模塊是對(duì)1s的信號(hào)源進(jìn)行秒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)滿后向上進(jìn)位的設(shè)計(jì)思想。譯碼顯示模塊采用的是數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描方式。2.3控制模塊設(shè)置三個(gè)按鍵，一個(gè)作為功能控制信號(hào)，按鍵每次加一，加到三在歸零。為0：計(jì)時(shí)功能；為1:鬧鈴功能；為2:手動(dòng)校對(duì)功能。一個(gè)按鍵選擇是調(diào)整時(shí)間，還是分鐘，若長(zhǎng)時(shí)間按住該鍵，可使秒信號(hào)活零，用于

5、精確調(diào)時(shí)。一個(gè)按鍵用于手動(dòng)調(diào)整，每按一次，計(jì)數(shù)器加1,如果長(zhǎng)按，則連續(xù)快速加1;用于快速調(diào)時(shí)和定時(shí)。第三部分詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程圖2頂層模塊3.1分頻模塊該模塊為任意分頻計(jì)數(shù)器，在這里使用了兩個(gè)分頻模塊，分別輸出4Hz和1Khz的時(shí)鐘信號(hào)。功能：對(duì)輸入時(shí)鐘clock進(jìn)行F_DIV倍分頻后輸出clk_out。其中F_DIV為分頻系數(shù)，分頻系數(shù)范圍為12An(n=F_DIV_WIDTH著要改變分頻系數(shù)，改變參數(shù)F_DIV或F_DIV_WIDTH到相應(yīng)范圍即可。若分頻系數(shù)為偶數(shù)，貝U輸出時(shí)鐘占空比為50%若分頻系數(shù)為奇數(shù)，則輸出時(shí)鐘占空比取決于輸入時(shí)鐘占空比和分頻系數(shù)(當(dāng)輸入為50%寸，輸出也是50%。圖3

6、分頻模塊div_4hz圖4分頻模塊div_1k定義變量為分頻系數(shù)，若位偶數(shù)，則產(chǎn)生分頻系數(shù)的一半個(gè)時(shí)鐘周期為高電平，分頻系數(shù)的一半個(gè)時(shí)鐘周期為低電平；若為奇數(shù)，則相應(yīng)地偏移一個(gè)。若分頻系數(shù)為偶數(shù)，則輸出時(shí)鐘占空比為50%若分頻系數(shù)為奇數(shù)，則輸出時(shí)鐘占空比取決于輸入時(shí)鐘占空比和分頻系數(shù)(當(dāng)輸入為50%寸，輸出也是50%。modulediv_4hz(clock,clk_out);/I/O口聲明inputclock;/輸入時(shí)鐘outputclk_out;/輸出時(shí)鐘/內(nèi)部寄存器regclk_p_r;/上升沿輸出時(shí)鐘regclk_n_r;/下降沿輸出時(shí)鐘regF_DIV_WIDTH-1:0count_p

7、;/上升沿脈沖計(jì)數(shù)器regF_DIV_WIDTH-1:0count_n;/下降沿脈沖計(jì)數(shù)器/參數(shù)-分頻系數(shù)/分頻系數(shù)<<<<修改這里wirefull_div_p;wirehalf_div_p;wirefull_div_n;parameterF_DIV_WIDTH=32;/分頻計(jì)數(shù)器寬度/上升沿計(jì)數(shù)滿標(biāo)志/上升沿計(jì)數(shù)半滿標(biāo)志/下降沿計(jì)數(shù)滿標(biāo)志wirehalf_div_n;/下降沿計(jì)數(shù)半滿標(biāo)志/判斷計(jì)數(shù)標(biāo)志位置位與否assignfull_div_p=(count_p<F_DIV-1);assignhalf_div_p=(count_p<(F_DIV>>

8、;1)-1);assignfull_div_n=(count_n<F_DIV-1);assignhalf_div_n=(count_n<(F_DIV>>1)-1);/時(shí)鐘輸出assignclk_out=(F_DIV=1)?clock:(F_DIV0?(clk_p_r&clk_n_r):clk_p_r);/上升沿脈沖計(jì)數(shù)always(posedgeclock)beginif(full_div_p)begincount_p<=count_p+1'b1;if(half_div_p)clk_p_r<=1'b0;elseclk_p_r<=

9、1'b1;endelsebegincount_p<=0;clk_p_r<=1'b0;endend/下降沿脈沖計(jì)數(shù)always(negedgeclock)beginif(full_div_n)begincount_n<=count_n+1'b1;if(half_div_n)clk_n_r<=1'b0;elseclk_n_r<=1'b1;endelsebegincount_n<=0;clk_n_r<=1'b0;endendendmodule3.2顯示模塊該模塊設(shè)計(jì)為時(shí)鐘顯示模塊，一共8個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管，顯示格式

10、為。整個(gè)時(shí)鐘的工作應(yīng)該是在1Hz信號(hào)的作用下進(jìn)行，這樣每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，秒增加1秒，當(dāng)秒從59秒跳轉(zhuǎn)到00秒時(shí)，分鐘增加1分，同時(shí)當(dāng)分鐘從59分跳轉(zhuǎn)到00分時(shí)，小時(shí)增加1小時(shí)，小時(shí)的范圍為023時(shí)。由于分鐘和秒鐘顯示的范圍都是從059,可以用一個(gè)4位的二進(jìn)制碼顯示十位，用一個(gè)四位的二進(jìn)制碼(BCD碼)顯示個(gè)位；對(duì)于小時(shí)因?yàn)樗姆秶菑?23,同樣可以用一個(gè)4位的二進(jìn)制碼顯示十位，用一個(gè)4位的二進(jìn)制碼(BCD碼)顯示個(gè)位。由于動(dòng)態(tài)掃描，需要一個(gè)頻率較高的時(shí)鐘信號(hào)用于刷新顯示。送入顯示的數(shù)高低4位分離開來(lái)，分別用于顯示十位和個(gè)位。圖5顯示模塊scan_ledmodulescan_led(clk_1

11、k,dig,seg,hourh,hourl1,minh,minl1,sech,secl1);inputclk_1k;input3:0hourh,hourl1,minh,minl1,sech,secl1;output7:0dig;output7:0seg;reg7:0dig;reg7:0seg;reg3:0dataout_buf;reg2:0count;always(posedgeclk_1k)begincount<=count+1'b1;endalways(posedgeclk_1k)begincase(count)3'd0:dataout_buf=secl1;3'

12、;d1:dataout_buf=sech;3'd2:dataout_buf=4'ha;3'd3:dataout_buf=minl1;3'd4:dataout_buf=minh;3'd5:dataout_buf=4'ha;3'd6:dataout_buf=hourl1;3'd7:dataout_buf=hourh;endcasecase(count)3'd1:dig=8'b1111_1101;3'd2:dig=8'b1111_1011;3'd3:dig=8'b1111_0111;3&#

13、39;d4:dig=8'b1110_1111;3'd5:dig=8'b1101_1111;3'd6:dig=8'b1011_1111;3'd7:dig=8'b0111_1111;endcaseendalways(dataout_buf)begincase(dataout_buf)4'h0:seg=8'b0000_0011;4'h1:seg=8'b1001_1111;4'h2:seg=8'b0010_0101;4'h3:seg=8'b0000_1101;4'h4:seg

14、=8'b1001_1001;4'h5:seg=8'b0100_1001;4'h6:seg=8'b0100_0001;4'h7:seg=8'b0001_1111;4'h8:seg=8'b0000_0001;4'h9:seg=8'b0000_1001;4'ha:seg=8'b1111_1101;endcaseendendmodule3.3時(shí)鐘控制模塊該模塊設(shè)計(jì)為多功能數(shù)字鐘的控制模塊。各信號(hào)引腳功能定義為：mode功能控制信號(hào)；為0:計(jì)時(shí)功能；為1:鬧鈴功能；為2：手動(dòng)校對(duì)功能；turn:在手動(dòng)

15、校對(duì)時(shí)，選擇是調(diào)整時(shí)間，還是分鐘，若長(zhǎng)時(shí)間按住該鍵，可使秒信號(hào)活零,用于精確調(diào)時(shí)；change：手動(dòng)調(diào)整時(shí)，每按一次，計(jì)數(shù)器加1,如果長(zhǎng)按，則連續(xù)快速加1;用于快速調(diào)時(shí)和定時(shí)；hour,min,sec：時(shí)，分，秒顯示信號(hào)；alert:揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；用于產(chǎn)生鬧鈴音和報(bào)時(shí)音；鬧鈴音為持續(xù)20秒的急促的“嘀嘀嘀”音，若按住“change”鍵，可屏蔽該鬧鈴音；整點(diǎn)報(bào)時(shí)音為“嘀嘀嘀嘀嘟”四短一長(zhǎng)音；LD_alert:接發(fā)光二極管，指示是否設(shè)置了鬧鐘功能；LD_hour：接發(fā)光二極管，指示當(dāng)前調(diào)整的是小時(shí)信號(hào)；LD_min：接發(fā)光二極管，指示當(dāng)前調(diào)整的是分鐘信號(hào)。mode按鍵每觸發(fā)一次，定義一個(gè)變量m自

16、加，從0加到2；加滿2,重新置為0。用case語(yǔ)句產(chǎn)生3種模式。圖6時(shí)鐘模塊clocklmoduleclock(clk,clk_1k,mode,change,turn,alert,hourh,hourl1,minh,minl1,sech,secl1,LD_alert,LD_hour,LD_min);inputclk,clk_1k,mode,change,turn;outputalert,LD_alert,LD_hour,LD_min;output3:0hourh,hourl1,minh,minl1,sech,secl1;reg7:0hour,min,sec,hour1,min1,sec1,ah

17、our,amin;reg1:0m,fm,num1,num2,num3,num4;reg1:0loop1,loop2,loop3,loop4,sound;regLD_hour,LD_min;regclk_1Hz,clk_2Hz,minclk,hclk;regalert1,alert2,ear;regcount1,count2,counta,countb;wirect1,ct2,cta,ctb,m_clk,h_clk;always(posedgeclk)beginclk_2Hz<=clk_2Hz;if(sound=3)beginsound<=0;ear<=1;endelsebeg

18、insound<=sound+1;ear<=0;endend/ear信號(hào)用于產(chǎn)生或屏蔽聲音always(posedgeclk_2Hz)仙4HZ的輸入時(shí)鐘產(chǎn)生1HZ的時(shí)基信號(hào)clk_1Hz<=clk_1Hz;always(negedgemode)/modeW號(hào)控制系統(tǒng)在三種功能間的轉(zhuǎn)換beginif(m=2)m<=0;elsem<=m+1;endalways(negedgeturn)儼生count1,count1,counta,countb四個(gè)信號(hào)fm<=fm;alwaysbegincase(m)2:beginif(!fm)begincount1<=!c

19、hange;LD_min,LD_hour<=2;endelsebegincounta<=!change;LD_min,LD_hour<=1;endcount2,countb<=0;end1:beginif(!fm)begincount2<=!change;LD_min,LD_hour<=2;endelsebegincountb<=!change;LD_min,LD_hour<=1;endcount1,counta<=2'b00;enddefault:count1,count2,counta,countb,LD_min,LD_hour

20、<=0;endcaseendalways(negedgeclk)if(count2)beginif(loop1=3)num1<=1;elsebeginloop1<=loop1+1;num1<=0;endendelsebeginloop1<=0;num1<=0;endalways(negedgeclk)if(countb)beginif(loop2=3)num2<=1;elsebeginloop2<=loop2+1;num2<=0;endendelsebeginloop2<=0;num2<=0;endalways(negedgec

21、lk)if(countl)beginif(loop3=3)num3<=1;elsebeginloop3<=loop3+1;num3<=0;endendelsebeginloop3<=0;num3<=0;endalways(negedgeclk)if(counta)beginif(loop4=3)num4<=1;elsebeginloop4<=loop4+1;num4<=0;endendelsebeginloop4<=0;num4<=0;endassignct1=(num3&clk)|(!num3&m_clk);assi

22、gnct2=(num1&clk)|(!num1&count2);assigncta=(num4&clk)|(!num4&h_clk);assignctb=(num2&clk)|(!num2&countb);always(posedgeclk_1Hz)if(!(sec1A8'h59)|(!turn)&(!m)beginsec1<=0;if(!(!turn)&(!m)minclk<=1;endelsebeginif(sec13:0=4'b1001)beginsec13:0<=4'b0000;s

23、ec17:4<=sec17:4+1;endelsesec13:0<=sec13:0+1;minclk<=0;endassignm_clk=minclk|count1;always(posedgect1)beginif(min1=8'h59)beginmin1<=0;hclk<=1;endelsebeginif(min13:0=9)beginmin13:0<=0;min17:4<=min17:4+1;endelsemin13:0<=min13:0+1;hclk<=0;endendassignh_clk=hclk|counta;alwa

24、ys(posedgecta)if(hour1=8'h23)hour1<=0;elseif(hour13:0=9)beginhour17:4<=hour17:4+1;hour13:0<=0;endelsehour13:0<=hour13:0+1;always(posedgect2)if(amin=8'h59)amin<=0;elseif(amin3:0=9)beginamin3:0<=0;amin7:4<=amin7:4+1;endelseamin3:0<=amin3:0+1;always(posedgectb)if(ahour=8

25、'h23)ahour<=0;elseif(ahour3:0=9)beginahour3:0<=0;ahour7:4<=ahour7:4+1;endelseahour3:0<=ahour3:0+1;alwaysif(min1=amin)&&(hour1=ahour)&&(amin|ahour)&&(change)if(sec1<8'h20)alert1<=1;elsealert1<=0;elsealert1<=0;alwayscase(m)3'b00:beginhour<=hour1;min<=min1;sec<=sec1;end3'b01:beginhour<=ahour;min<=amin;sec<=8'hzz;end3'b10:beginhour<=hour1;min<=min1;sec<=8'hzz;endendcaseassignLD_alert=(ahour|amin)?1:0;assignalert=(alert1)?clk_1k&clk:0)|alert2;alwaysbeginif(min1=8'h59)&&a