EDA闹钟系统设计.docx
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EDA闹钟系统设计
毕业设计
课程基于VHDL语言的毕业设计
题目闹钟系统设计
院系四川师范大学成都学院
专业班级通信工程
学生姓名冯崇飞
学生学号2007101010
指导教师梅芳芳
2010年3月12日
课程设计任务书
课程EDA技术课程设计
题目闹钟系统的设计
专业电子信息工程姓名学号
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容：
设计并制作一个带闹钟功能的24小时计时器。
它包括以下几个组成部分：
1、显示屏，由4个七段数码管组成，用于显示当前时间（时：
分）或设置的闹钟时间；
2、数字键，实现‘0’—‘9’的输入，用于输入新的时间或新的闹钟时间；
3、TIME（时间）键，用于确定新的时间设置；
4、ALARM（闹钟）键，用于确定新的闹钟时间设置，或显示已设置的闹钟时间；
5、扬声器，在当前时钟时间与闹钟时间相同时，发出蜂鸣声
基本要求：
1、计时功能：
这是本计时器设计的基本功能，每隔一分钟计时一次，并在显示屏上显示当前时间。
2、闹钟功能：
如果当前时间与设置的闹钟时间相同，则扬声器发出蜂鸣声。
3、设置新的计时器时间：
用户用数字键输入新的时间，然后按"TIME"键确认。
在输入过程中，输入数字在显示屏上从右到左依次显示。
例如，用户要设置新的时间12：
34，则按顺序输入“1”，“2”，“3”，“4”，与之对应，显示屏上依次显示的信息为：
“1”，“12”，“123”，“1234"。
如果用户在输入任意几个数字后较长时间内，例如5s，没有按任何键，则计时器恢复到正常的计时显示状态。
主要参考资料：
[1]潘松著.EDA技术实用教程（第二版）.北京：
科学出版社,2005.
[2]康华光主编.电子技术基础模拟部分.北京：
高教出版社,2006.
[3]阎石主编.数字电子技术基础.北京：
高教出版社,2003.
完成期限2010.3.12
指导教师
专业负责人
2010年3月8日
一、总体设计思想
1.基本原理
数字闹钟电路的基本结构由两个60进制计数器和一个24进制计数器组成，分别对秒、分、小时进行计时，当计时到23时59分59秒时，再来一个计数脉冲，则计数器清零，重新开始计时。
秒计数器的计数时钟CLK为1Hz的标准信号。
当数字闹钟处于计时状态时，秒计数器的进位输出信号作为分钟计数器的计数信号，分钟计数器的进位输出信号又作为小时计数器的计数信号时、分、秒的计时结果通过6个数码管来动态显示。
因此，通过模式选择信号KEY1、KEY2控制数字钟的工作状态，即控制数字钟，使其分别工作于正常计时，调整分、时和设定闹钟分、时5个状态。
当数字闹钟处于计时状态时，3个计数器允许计数，且秒、分、时计数器的计数时钟信号分别为CLK,秒的进位,分的进位;当数字闹钟处于调整时间状态时，被调的分或时会一秒一秒地增加；当数字钟处于闹钟定时状态时，可以设定小时和分；当计时到所设定的时刻时，驱动扬声器，持续1分钟。
2.设计框图
二、设计步骤和调试过程
1、总体设计电路
（1）CLK为外部时钟信号,RESET为复位信号.
（2）当KEY为高电平（KEY='1'）时,表示用户按下数字键（"0"～"9"）.
（3）当ALARM_BUTTON为高电平时,表示用户按下"ALARM"键.
（4）当TIME_BUTTON为高电平时,表示用户按下"TIME"键.
（5）当LOAD_NEW_A为高电平时,控制（闹钟时间寄存器）加载新的闹钟时间值.
（6）当LOAD_NEW_C为高电平时,控制（时钟计数器）设置新的时间值.
（7）当SHOW_NEW_TIME为高电平时,控制（七段数码显示电路）显示新的时间值,即用户通过数字键输入的时间;否则,当SHOW_NEW_TIME为低电平时,根据SHOW_A信号的值控制显示当前时间或闹钟时间.
根据设计要求及端口设置,需要五个状态来实现:
S0:
表示电路初态即正常时钟计数状态,完成前面设计功能
（1）的工作.
S1:
接收键盘输入状态.在状态S0时用户按下数字键后进入此状态.在此状态下,显示屏上显示的是用户键入的数字.
S2:
设置新的闹钟时间.在状态S1时用户按下ALARM键后进入此状态.
S3:
设置新的计时器时间.在状态S1时用户按下TIME键后进入此状态.
S4:
显示闹钟时间.在状态S0时用户直接按下ALARM键后进入此状态.
在此状态下,显示屏上显示的是所设置的闹钟时间.注意:
在此状态下,用户按下ALARM键后,显示屏上保持显示闹钟时间,经过一段时间以后,再返回状态S0。
2、模块设计和相应模块程序
（1）顶层文件：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYclockIS
PORT（CLK12MHZ:
INSTD_LOGIC;
CLK8HZ:
INSTD_LOGIC;
SPKOUT:
OUTSTD_LOGIC;
CLK:
INSTD_LOGIC;
KEY1:
INSTD_LOGIC;
KEY2:
INSTD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;
H1,H2,M1,M2,S1,S2:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
END;
ARCHITECTUREoneOFclockIS
COMPONENTshizhong
PORT（clk:
instd_logic;
md1:
instd_logic;
md2:
instd_logic_vector（1downto0）;
clken:
outstd_logic;
h1,h2,m1,m2,s1,s2:
outstd_logic_vector（3downto0））;
ENDCOMPONENT;
COMPONENTNoteTabs
PORT（clk:
INSTD_LOGIC;
ToneIndex:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
ENDCOMPONENT;
COMPONENTToneTaba
PORT（Index:
INSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
Tone:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）;
en:
instd_logic）;
ENDCOMPONENT;
COMPONENTSpeakera
PORT（clk:
INSTD_LOGIC;
Tone:
INSTD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）;
SpkS:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDCOMPONENT;
SIGNALTone:
STD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）;
SIGNALToneIndex:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
SIGNALclken:
STD_LOGIC;
SIGNALen:
STD_LOGIC;
BEGIN
u1:
ShizhongPORTMAP（clk=>CLK,md1=>KEY1,md2=>KEY2,clken=>en,
h1=>h1,h2=>h2,m1=>m1,m2=>m2,s1=>s1,s2=>s2）;
u2:
NoteTabsPORTMAP（clk=>CLK8HZ,ToneIndex=>ToneIndex）;
u3:
ToneTabaPORTMAP（Index=>ToneIndex,Tone=>Tone,en=>en）;
u4:
SpeakeraPORTMAP（clk=>CLK12MHZ,Tone=>Tone,SpkS=>SPKOUT）;
END;
（2）时钟控制模块：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityshizhongis
port（clk:
instd_logic;
md1:
instd_logic;
md2:
instd_logic_vector（1downto0）;
clken:
outstd_logic;
h1,h2,m1,m2,s1,s2:
outstd_logic_vector（3downto0））;
endshizhong;
architectureoneofshizhongis
signalhou1:
std_logic_vector（3downto0）;
signalhou2:
std_logic_vector（3downto0）;
signalmin1:
std_logic_vector（3downto0）;
signalmin2:
std_logic_vector（3downto0）;
signalseth1:
std_logic_vector（3downto0）;
signalseth2:
std_logic_vector（3downto0）;
signalsetm1:
std_logic_vector（3downto0）;
signalsetm2:
std_logic_vector（3downto0）;
signalsec1:
std_logic_vector（3downto0）;
signalsec2:
std_logic_vector（3downto0）;
begin
-----------------------------------------------小时十位
h110:
process（clk,hou2,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（hou1="0010"andhou2="0011"）and（min1="0101"andmin2="1001"）
and（sec1="0101"andsec2="1001"）then
hou1<="0000";
elsifhou1="0010"andhou2="0011"andmd1='0'
andmd2="01"then--当时间为23点且处于校时状态时
hou1<="0000";
elsif（hou2="1001"and（min1="0101"andmin2="1001"）
and（sec1="0101"andsec2="1001"））or（hou2="1001"andmd1='0'andmd2="01"）
then
hou1<=hou1+1;
endif;
endif;
endprocessh110;
-----------------------------------------------小时个位
h220:
process（clk,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2,hou1）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（hou1="0010"andhou2="0011"）and（min1="0101"andmin2="1001"）
and（sec1="0101"andsec2="1001"）then
hou2<="0000";
elsifhou2="1001"and（min1="0101"andmin2="1001"）
and（sec1="0101"andsec2="1001"）then
hou2<="0000";
elsif（hou2="1001"andmd1='0'andmd2="01"）
or（hou1="0010"andhou2="0011"）then
hou2<="0000";--md<='1';--
elsif（（min1="0101"andmin2="1001"）and（sec1="0101"andsec2="1001"））
or（md1='0'andmd2="01"）then
hou2<=hou2+1;--speak<=clk;--
endif;
endif;
endprocessh220;
-----------------------------------------------分钟十位
m110:
process（clk,min2,sec1,sec2,md1,md2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（min1="0101"andmin2="1001"）and（sec1="0101"andsec2="1001"）then
min1<="0000";
elsifmin1="0101"andmin2="1001"and（md1='0'andmd2="00"）then
min1<="0000";
elsif（min2="1001"and（sec1="0101"andsec2="1001"））
or（min2="1001"andmd1='0'andmd2="00"）then
min1<=min1+1;
endif;
endif;--endif;
endprocessm110;
----------------------------------------------分钟个位
m220:
process（clk,sec1,sec2,md1,md2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifmin2="1001"and（sec1="0101"andsec2="1001"）then
min2<="0000";
elsifmin2="1001"and（md1='0'andmd2="00"）then
min2<="0000";
elseif（sec1="0101"andsec2="1001"）or（md1='0'andmd2="00"）then
min2<=min2+1;
endif;
endif;endif;
endprocessm220;
---------------------------------------------秒十位
s110:
process（clk）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（sec1="0101"andsec2="1001"）then
sec1<="0000";
elseifsec2="1001"then
sec1<=sec1+1;
endif;
endif;endif;
endprocesss110;
--------------------------------------------秒个位
s220:
process（clk）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifsec2="1001"then
sec2<="0000";
elsesec2<=sec2+1;
endif;
endif;
endprocesss220;
-------------------------------------------时间设置小时部分
sethour1:
process（clk,seth2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifseth1="0010"andseth2="0011"then
seth1<="0000";
elsifseth2="1001"then
seth1<=seth1+1;
endif;
endif;
endprocesssethour1;
sethour2:
process（clk,md1,md2,seth1）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
if（seth1="0010"andseth2="0011"）orseth2="1001"then
seth2<="0000";
elsifmd1='1'andmd2="00"then
seth2<=seth2+1;
endif;
endif;
endprocesssethour2;
-------------------------------------------时间设置分钟部分
setmin1:
process（clk,setm2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifsetm1="0101"andsetm2="1001"then
setm1<="0000";
elsifsetm2="1001"then
setm1<=setm1+1;
endif;
endif;
endprocesssetmin1;
setmin2:
process（clk,md1,md2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifsetm2="1001"then
setm2<="0000";
elsifmd1='1'andmd2="01"then
setm2<=setm2+1;
endif;
endif;
endprocesssetmin2;
--------------------------------------------闹铃
speaker:
process（clk,hou1,hou2,min1,min2）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifseth1=hou1andseth2=hou2andsetm1=min1andsetm2=min2then
clken<='1';
elseclken<='0';
endif;
endif;
endprocessspeaker;
disp:
process（md1,hou1,hou2,min1,min2,sec1,sec2,seth1,seth2,setm1,setm2）
begin
ifmd1='0'then---------------计时时间显示和设置模式
h1<=hou1;h2<=hou2;
m1<=min1;m2<=min2;
s1<=sec1;s2<=sec2;
else-----------闹铃时间现实和设置模式
h1<=seth1;h2<=seth2;
m1<=setm1;m2<=setm2;
s1<="1111";s2<="1111";
endif;
endprocessdisp;
endone;
（3）乐曲演奏模块：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYSpeakeraIS
PORT（clk:
INSTD_LOGIC;
Tone:
INSTD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）;
SpkS:
OUTSTD_LOGIC）;
END;
ARCHITECTUREoneOFSpeakeraIS
SIGNALPreCLK,FullSpkS:
STD_LOGIC;
BEGIN
DivideCLK:
PROCESS（clk）
VARIABLECount4:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
BEGIN
PreCLK<='0';--将CLK进行16分频，PreCLK为CLK的16分频
IFCount4>11THENPreCLK<='1';Count4:
="0000";
ELSIFclk'EVENTANDclk='1'THENCount4:
=Count4+1;
ENDIF;
ENDPROCESS;
GenSpkS:
PROCESS（PreCLK,Tone）--11位可预置计数器
VARIABLECount11:
STD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）;
BEGIN
IFPreCLK'EVENTANDPreCLK='1'THEN
IFCount11=16#7FF#THENCount11:
=Tone;FullSpkS<='1';
ELSECount11:
=Count11+1;FullSpkS<='0';ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
DelaySpkS:
PROCESS（FullSpkS）--将输出再2分频，展宽脉冲，使扬声器有足够功率发音
VARIABLECount2:
STD_LOGIC;
BEGIN
IFFullSpkS'EVENTANDFullSpkS='1'THENCount2:
=NOTCount2;
IFCount2='1'THENSpkS<='1';
ELSESpkS<='0';
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
END;
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYNoteTabsIS
PORT（clk:
INSTD_LOGIC;
ToneIndex:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
END;
ARCHITECTUREoneOFNoteTabsIS
COMPONENTMUSIC--音符数据ROM
PORT（address:
INSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
inclock:
INSTD_LOGIC;
q:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
ENDCOMPONENT;
SIGNALCounter:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
BEGIN
CNT8:
PROCESS（clk,Counter）
BEGIN
IFCounter=138THENCounter<="00000000";
ELSIF（clk'EVENTANDclk='1'）THENCounter<=Counter+1;ENDIF;
ENDPROCESS;
u1
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