基于VHDL的多功能数字钟设计报告.docx
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基于VHDL的多功能数字钟设计报告
基于VHDL的多功能数字钟
设计报告
021215班
卫时章
一、设计要求
1、具有以二十四小时制计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。
2、设计精度要求为1秒。
二、设计环境：
QuartusII
三、系统功能描述
1、系统输入：
时钟信号clk采用50MHz；系统状态及较时、定时转换的控制信号为k、set，校时复位信号为reset，均由按键信号产生。
2、系统输出：
LED显示输出；蜂鸣器声音信号输出。
3、多功能数字电子钟系统功能的具体描述如下：
（一）计时：
正常工作状态下，每日按24h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。
（二）校时：
在计时显示状态下，按下“k”键，进入“小时”待校准状态，若此时按下“set”键，小时开始校准；之后按下“k”键则进入“分”待校准状态；继续按下“k”键则进入“秒”待复零状态；再次按下“k”键数码管显示闹钟时间，并进入闹钟“小时”待校准状态；再次按下“k”键则进入闹钟“分”待校准状态；若再按下“k”键恢复到正常计时显示状态。
若校时过程中按下“reset”键，则系统恢复到正常计数状态。
（1）“小时”校准状态：
在“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。
（2）“分”校准状态：
在“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。
（3）“秒”校准状态：
在“秒复零”状态下，显示“秒”的数码管以2Hz闪烁，并以1Hz的频率递增计数。
（4）闹钟“小时”校准状态：
在闹钟“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。
（5）闹钟“分”校准状态：
在闹钟“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。
（三）整点报时：
蜂鸣器在“59”分钟的第“51”、“53”、“55”、“57”秒发频率为500Hz的低音，在“59”分钟的第“59”秒发频率为1000Hz的高音，结束时为整点。
（四）显示：
采用扫描显示方式驱动4个LED数码管显示小时、分，秒由两组led灯以4位BCD码显示。
（五）闹钟：
闹钟定时时间到，蜂鸣器发出频率为1000Hz的高音，持续时间为60秒。
四、各个模块分析说明
1、分频器模块（freq.vhd）
（1）模块说明：
输入一个频率为50MHz的CLK，利用计数器分出
1KHz的q1KHz，500Hz的q500Hz，2Hz的q2Hz和1Hz的q1Hz。
（2）源程序：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityfreqis
port（CLK:
instd_logic;--输入时钟信号
q1KHz:
bufferstd_logic;
q500Hz:
bufferstd_logic;
q2Hz:
bufferstd_logic;
q1Hz:
outstd_logic）;
endfreq;
architecturebhvoffreqis
begin
P1KHZ:
process（CLK）
variablecout:
integer:
=0;
begin
ifCLK'eventandCLK='1'then
cout:
=cout+1;--每来个时钟上升沿时cout开始计数
ifcout<=25000thenq1KHz<='0';--当cout<=25000时，q1KHz输出“0”
elsifcout<50000thenq1KHz<='1';--当25000elsecout:
=0;--输出“1”，完成1KHz频率输出
endif;
endif;
endprocess;
P500HZ:
process（q1KHz）--q1KHz作为输入信号，分出q500Hz
variablecout:
integer:
=0;
begin
ifq1KHz'eventandq1KHz='1'then
cout:
=cout+1;
ifcout=1thenq500Hz<='0';--二分频
elsifcout=2thencout:
=0;q500Hz<='1';
endif;
endif;
endprocess;
P2HZ:
process（q500Hz）
variablecout:
integer:
=0;
begin
ifq500Hz'eventandq500Hz='1'then
cout:
=cout+1;
ifcout<=125thenq2Hz<='0';
elsifcout<250thenq2Hz<='1';
elsecout:
=0;
endif;
endif;
endprocess;
P1HZ:
process（q2Hz）
variablecout:
integer:
=0;
begin
ifq2Hz'eventandq2Hz='1'then
cout:
=cout+1;
ifcout=1thenq1Hz<='0';
elsifcout=2thencout:
=0;q1Hz<='1';
endif;
endif;
endprocess;
endbhv;
（3）模块图:
2、控制器模块（contral.vhd）
（1）模块说明：
输入端口k，set键来控制6个状态，这六个状态分别是：
显示计时时间状态，调计时的时、分、秒的3个状态，调闹铃的时、分的3个状态，reset键是复位键，用来回到显示计时时间的状态。
（2）波形仿真图：
（3）模块图：
3、二选一模块（mux21a.vhd）
（1）源程序：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitymux21ais
port（a,b,s:
inbit;
y:
outbit）;
endentitymux21a;
architectureoneofmux21ais
begin
process（a,b,s）
begin
ifs='0'then
y<=a;--若s=0,y输出a,反之输出b。
elsey<=b;
endif;
endprocess;
endarchitectureone;
（2）仿真波形图：
（3）模块图：
4、计时模块
a.秒计时（second.vhd）
（1）仿真波形图：
（2）模块图：
b.分计时（minute.vhd）
（1）仿真波形图：
（2）模块图：
c.小时计时（hour.vhd）
（1）仿真波形图:
（2）模块图：
d.闹钟分计时（cntm60b.vhd）
（1）仿真波形图：
（2）模块图：
e.闹钟小时计时（cnth24b.vhd）
（1）仿真波形图：
（2）模块图:
5、闹钟比较模块（compare.vhd）
（1）模块说明：
比较正常计数时间与闹钟定时时间是否相等，若相等，compout输出“1”，反之输出“0”。
（2）仿真波形图：
（3）模块图:
6、报时模块（bell.vhd）
（1）模块说明：
该模块既实现了整点报时的功能，又实现了闹铃的功能，蜂鸣器通过所选频率的不同，而发出不同的声音。
（2）仿真波形图：
（3）模块图：
7、控制显示模块（show_con.vhd）
（1）模块说明：
该模块实现了数码管既可以显示正常时间，又可以显示闹钟时间的功能；调时过程的定时闪烁功能也在此模块中真正实现。
（2）源程序：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityshow_conis
port（th1,tm1,ts1:
instd_logic_vector（7downto4）;
th0,tm0,ts0:
instd_logic_vector（3downto0）;
bh1,bm1:
instd_logic_vector（7downto4）;
bh0,bm0:
instd_logic_vector（3downto0）;
sec1,min1,h1:
outstd_logic_vector（7downto4）;
sec0,min0,h0:
outstd_logic_vector（3downto0）;
q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show:
instd_logic）;
endshow_con;
architecturertlofshow_conis
begin
process（th1,tm1,ts1,th0,tm0,ts0,bh1,bm1,bh0,bm0,q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show）
begin
ifsel_show='0'then
if（flashh='1'andq2Hz='1'）then
h1<="1111";h0<="1111";--显示小时数码管以2Hz闪烁
min1<=tm1;min0<=tm0;
sec1<=ts1;sec0<=ts0;
elsif（flashm='1'andq2Hz='1'）then
h1<=th1;h0<=th0;
min1<="1111";min0<="1111";
sec1<=ts1;sec0<=ts0;
elsif（flashs='1'andq2Hz='1'）then
h1<=th1;h0<=th0;
min1<=tm1;min0<=tm0;
sec1<="1111";sec0<="1111";
else
h1<=th1;h0<=th0;
min1<=tm1;min0<=tm0;
sec1<=ts1;sec0<=ts0;
endif;
elsifsel_show='1'then--若sel_show为“1”，数码管显示闹钟时间
if（flashh='1'andq2Hz='1'）then
h1<="1111";h0<="1111";
min1<=bm1;min0<=bm0;
sec1<="0000";sec0<="0000";
elsif（flashm='1'andq2Hz='1'）then
h1<=bh1;h0<=bh0;
min1<="1111";min0<="1111";
sec1<="0000";sec0<="0000";
else
h1<=bh1;h0<=bh0;
min1<=bm1;min0<=bm0;
sec1<="0000";sec0<="0000";
endif;
endif;
endprocess;
endrtl;
（3）模块图：
8、动态扫描显示模块（scan_led.vhd）
（1）模块说明：
由4组输入信号和输出信号进而实现了时钟时、分的动态显示。
（2）源程序：
libraryieee;
useieee.std_log
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