數(shù)字時鐘的VHDL設(shè)計

1、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與硬件描述語言期末考試作業(yè)姓名:趙洋題目數(shù)字時鐘的VHDL設(shè)計學(xué)院:信息學(xué)院專業(yè):物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)號:30112042862013-11-06選題設(shè)計描述1.功能介紹設(shè)計一臺能顯示時、分、秒的數(shù)字鐘。由時鐘信號經(jīng)分頻產(chǎn)生秒脈沖;計時計數(shù)器用24進(jìn)制計時電路;可手動校時，能分別進(jìn)行時、分的校正;具有整點報時功能。2.算法簡介設(shè)計原理圖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”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、 整點報時電路等組成。振蕩器和分頻器產(chǎn)生整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng) 的精度?！懊胗嫈?shù)器”采用六十進(jìn)制計數(shù)器，每累計 60秒向“分計數(shù)器”進(jìn)位；“分計數(shù)器”采

2、用六十進(jìn)制計數(shù)器，每累計 60分向“時計數(shù)器”進(jìn)位；“時計數(shù)器”采用二十四進(jìn)制計數(shù)器，按照“ 24翻1 ”規(guī)律計數(shù)?！皶r、分、秒”計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯 示器顯示。校時電路用來當(dāng)計時出現(xiàn)誤差時對“時、分、秒”進(jìn)行校對調(diào)整。設(shè)計過程1.設(shè)計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。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器進(jìn)位，分計數(shù)器計滿 60后向小時計數(shù)器進(jìn)位，小時計數(shù)器是計滿 24后，系統(tǒng)自動復(fù)位重新開始計數(shù)。計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼電路后送到顯示器顯示?？梢杂?校時電路進(jìn)行校時。2.數(shù)字鐘的設(shè)計方案數(shù)字鐘的設(shè)計包括編碼模塊、分頻模塊、秒計時模塊、分計時模塊、小時計時模塊和報時模塊。該

3、數(shù)字鐘可以實現(xiàn) 3個功能：計時功能、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。22.分頻模塊在數(shù)字鐘的設(shè)計中，外部輸入時鐘信號clk1的頻率為8hz，其分頻后的頻率為elk，使其分頻結(jié)果為1hz，用來提供給秒計時模塊、分計時模塊、小時計時模塊。2.3.秒計時模塊將“秒計時脈沖” elk接信號源單元的1HZ脈沖信號，此時秒顯示將從00計時到 59，然后回到00，重新計時。在秒位進(jìn)行計時的過程中。秒計時器是由一個60進(jìn)制的計數(shù)器構(gòu)成的，具有置數(shù)和計數(shù)功能。其中rst為置數(shù)信號，當(dāng)rst為1時，秒計時器置數(shù)。e

4、lk為驅(qū)動秒計時器的時鐘，seci、sec0為秒 計時器的高位和低位輸出。2.4.分計時模塊分計時電路：將“分計時脈沖” elk接信號源單元的1HZ脈沖信號，此時分顯示將從00計時到59，然后回到00，重新計時。在分位進(jìn)行計時的過程中。分計時器是由一個60進(jìn)制的計數(shù)器構(gòu)成的，具有置數(shù)和計數(shù)功能。其中rst為置數(shù)信號，當(dāng)rst為1時，分計時器置數(shù)。mini、min0為分計時器的高位和低位輸出。2.5.小時計時模塊將“小時計時脈沖” elk接信號源單元的1HZ脈沖信號，此時小時顯示將從 00計時到24，然后回到00，重新計時。時計時器是由一個24進(jìn)制的計數(shù)器構(gòu)成的，具有置數(shù)和計數(shù)功能。其中的 rs

5、t為置數(shù)信號，當(dāng)rst為1時，時計時器置數(shù)。hri、hr0為時計時器的高位和低位輸出。3.2.6,報時模塊當(dāng)分位到59時，秒位計到51秒、53秒、55秒、57秒、59秒時報時一次，而后 小時位加1。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 lEEE.STD LOGIC 1164.ALL;use IEEE.STD LOGIC ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;en tity clock_24 isPort (clk1:inSTD

6、_LOGIC;-時鐘rst : inSTD_LOGIC;-復(fù)位，高有效sethr:inSTD_LOGIC;-小時設(shè)置，增加1setmin :inSTD_LOGIC;-分鐘設(shè)置setsec:inSTD_LOGIC;-秒設(shè)置hrO:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-小時個位hr1:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-小時十位mi nO:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-分鐘個位mi n1:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-分鐘十位sec0:outSTD_LOGIC_

7、VECTOR(3 dow nto 0);-秒個位sec1:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-秒十位sp eak:outSTD_LOGIC-報時輸出);end clock_24;architecture rtl of clock_24 is sig nal co_secO: STD_LOGIC;-秒個位計數(shù)溢出標(biāo)示signalco sec1: STD LOGIC;signalco_mi nO: STD_LOGIC;signalco_mi n1: STD_LOGIC;signalco_hr0: STD_LOGIC;sig nal cnt_sec0: STD_LOG

8、IC_VECTOR(3 dow nto 0);-秒個位計數(shù)器sig nal cnt_sec1: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_m in0: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_mi n1: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_hr0: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_hr1: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal state_hour:STD_LOGIC_V

9、ECTOR(1 dow nto0);-小時個位當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)state_hour="00","01" 時，cnt_hr0 計數(shù)從 0 到 9，當(dāng)state_hour="10"時,cnt_hr0 計算從0到3.beg in coun ter_seco nd0:- 秒個位計數(shù)器p rocess(clk1,rst,setsec) beg inif(rst='1') the n-異步復(fù)位如果秒計數(shù)脈沖上升沿到來cn t_sec0<="0000"elsif(clk1'eve nt and clk1

10、-1')the n-if(setsec='1')the n-如果秒設(shè)置按下，則秒計數(shù)器增加1if(c nt_sec0>="1000") thencnt sec0<=cnt sec0-"1000"elsecnt sec0<=cnt sec0+"0010"end if;elseif(cnt_sec0="1001")then-如果 cnt_sec0 計數(shù)到 9，則將 cnt_sec0=0;cn t_sec0<="0000"else-否則將 cnt_sec

11、0 增加 1;cn t_sec0<=c nt_sec0+"0001"-否則計數(shù)器加 1end if;end if;if(cnt_sec0="1000") the n-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志co_secOv-1'elseco_sec0<='0'end if;end if;end p rocess coun ter_sec ondO;coun ter_sec on d1:- 秒十位計數(shù)器p rocess(clk1,rst) beg inif(rst='1') thencn t_sec1<="0000&

12、quot;elsif(clk1'eve nt and clk1-1')thenif(co_sec0-1')thenif(cnt_sec1="0101")then-如果溢出則置 0cn t_sec1<="0000"elsecnt sec1<=cnt sec1+"0001"-否則計數(shù)器加 1end if;end if;產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志if(cnt_secO="1OOO" a nd cn t_sec仁"0101")the n-co_sec1v-1'elseco_

13、sec1<='0'end if;end if;end p rocess coun ter_sec ond1;coun ter_mi niute0:-分個位計數(shù)器p rocess(clk1,rst,setmi n) beg inif(rst='1') thencn t_mi n0 <="0000"elsif(clk1'eve nt and clk1='1')thenif(setmi n='1')the ncnt_mi n0v=cnt_mi n0+"0001"end if;c

14、n t_mi n0 <="0000"if (co_sec1-1')thenif(cnt_min0="1001")then-如果溢出則置 0elsecn t_mi n0 v=c nt_mi n13+"0001"-否則計數(shù)器加 1end if;end if;if(cnt_mi nO="1OO1" and cnt_secO="1OOO" a nd cn t_sec仁"0101")the n-生進(jìn)位標(biāo)志co_mi nO <='1'elseco_m

15、inOv='O'end if;end if;end p rocess coun ter_m ini uteO;coun ter_mi niute1:-分十位計數(shù)器p rocess(clk1,rst) beg inif(rst='1') thencn t_mi n1v="0000"elsif(clk1'eve nt and clk1-1')thencn t_mi n1v="0000"if(co_mi nO-1')thenif(c nt_mi n仁"O1O1")the n-如果溢出則

16、置0elsecn t_mi n1v=c nt_mi n1+"0001"-否則計數(shù)器加 1end if;end if;if(cnt_min仁"0101"and cnt_min0="1001"and cnt_sec0="1000" andcnt_sec1="0101")the n-產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志co_mi n1v='1'elseco_m in 1<='0'end if;end if;end p rocess coun ter_m ini ute1;coun ter

17、_hourO:-小時個位計數(shù)器p rocess(clk1,rst,sethr) beg inif(rst='1') thencn t_hrOv="OOOO"state_hour<="00"elsif(clk1'eve nt and clk1='1')thenif(sethr='1')thencnt_hrO<=c nt_hrO+"OOO1"end if;case state hour iswhen "00"=>-如果當(dāng)前是00 , cnt_hr

18、0的計數(shù)范圍從09 if (co_mi n仁'1')thenif(cnt_hr0="1001")then- 如果溢出則置 0cn t_hr0v="0000"state_hourv="01"elsecnt hr0<=cnt hr0+"0001"-否則計數(shù)器加 1end if;end if;if(c nt_hr0="1001"and cn t_mi n仁"0101" a ndcn t_mi n0="1001"andcnt_sec0=&qu

19、ot;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的計數(shù)范圍從09cn t_hr0<="0000"if (co_mi n仁'1')thenif(cnt_hr0="1001")then- 如果溢出則置 0state_hourv="10"elsecnt hr0<=

20、cnt hr0+"0001"-否則計數(shù)器加 1end if;end if;if(cn t_hr0="1001"and cn t_mi n仁"0101" a ndcn t_mi n0="1001" and cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0101")thenco_hr0<='1'elseco_hr0<='0'end if;when "10"=>-如果當(dāng)前是10 , cnt_hr0的

21、計數(shù)范圍從03 if (co_mi n仁'1')thenif(cnt_hr0="0011")then- 如果溢出則置 0cn t_hr0<="0000"state_hour<="00"elsecnt hr0<=cnt hr0+"0001"-否則計數(shù)器加 1end if;end if;cn t_mi n0="1001"andif(cn t_hrO="OO11"and cn t_mi n仁"0101" a ndcnt_secO

22、="1OOO" and cnt_sec仁"0101")thenco_hrOv='1'- 產(chǎn)生進(jìn)位標(biāo)志elseco_hrO<='O'end if;whe n others=>state_hour<="OO"end case;end if;end p rocess coun ter_hourO;cou nter_hour1:-小時十位計數(shù)器p rocess(clk1,rst) beg inif(rst='1') thencn t_hr1<="OOOO&quo

23、t;elsif(clk1'eve nt and clk1='1')thencn t_hr1<="OOOO"if(co_hrO='1')thenif(c nt_hr仁"OO1O")the n-如果溢出則置0elseent hr1<=cnt hr1+"0001"end if;end if;end if;end p roeess coun ter_hour1;-在*-59-5*的時候speak=1，否則等于0with(cnt_mi n仁"0101" and ent_mi n0="1001" and cn t_sec仁"0101") select sp eak<='1' whe n TRUE,'0' whe n others;-將計數(shù)器的值賦給相應(yīng)的輸出引腳 hr0<=c nt_hr0;hr1<=c nt_hr1;min0 v=c nt_min0;min 1<=c nt_mi n1;sec0<=c nt_sec0;sec1<=c nt_sec1;end rtl;仿真結(jié)果及分析整體仿真結(jié)果如下El 3? reIllijiw Q；3C-13-J3I庶卩He