FPGA电子表.docx
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FPGA电子表
FPGA课程设计报告提纲
1．任务
设计一个电子表微控制器，并且能显示1/10秒、秒、分。
可以预设值，还可以复位清零。
学会板子上的LCD液晶显示屏，按键的使用（消抖），拨动开关。
2．目的
熟悉Sparten-3E板子，会使用它的硬件，比如板子上的LCD液晶显示屏，板子自带的按键，还有拨动开关。
利用这些硬件设计出电子表微控制器，使用按键改变1/10秒，秒，分，使用拨动开关暂停电子表，使用板子上的LCD液晶显示屏来显示时间，和通过按键改变后的时间。
熟练掌握verilog语言的使用。
3．使用环境（软件/硬件环境，设备等）
Modelsim和Xilinx-ISE-10.1
4．FPGA课程设计详细内容
4.1技术规范
电子表微控器设计技术规范
V1.0
版本信息
版本
日期
描述
作者
1.0
2011年3月1日
电子表微控器设计
陆晓育
2.0
2011年3月8日
电子表微控器设计
陆晓育
目录
1总体描述
1.1功能定义
1.用FPGA开发板的拨动开关作为电子表的时间初值设置控制信号，首先设置出电子表的1/10秒，秒，分初值。
并且在LCD上显示出1/10秒，秒，分
2．使用拨动开关（Switch1）作为电子表的总控制开关，当Switch1为低电平时，才可以修改时间。
3.按键2（Button2）作为1/10秒的初值设置控制键。
4.按键3（Button3）作为秒的初值设置和修改的控制键。
5.按键4（Button4）作为分的初值设置和修改的控制键。
6.在LCD上显示修改后的时间。
7.使用Switch2作为电子表的复位，当它为低电平时，把电子表的1/10秒，秒，分清零。
1.2结构框图
1.3设计工艺
1.3应用范围
作为电子表查看时间，时间更加的精确。
还可以当做跑表使用。
2引脚描述
名称
引脚（inputoroutput）
位宽
描述
1Switch1
INPUT
1
控制初值设置，并且是修改时间的总开关，当它为低电平时，才能修改1/10秒，秒，分
2Button2
INPUT
1
当总开关开启时（为低电平），修改1/10秒
3Button3
INPUT
1
当总开关开启时（为低电平），修改秒
4Button4
INPUT
1
当总开关开启时（为低电平），修改分
5CLOCK_50MHZ
INPUT
1
产生50MHZ的晶振输出，给系统应用
6LCD_EN
OUTPUT
1
LCD的读/写操作允许控制信号，为高电平时允许读写，低电平时不允许
7LCD_RS
OUTPUT
1
寄存器选择控制信号，为低电平时写操作期间LCD的复位端
8LCD_R/W
OUTPUT
1
读写控制信号，0：
写，LCD接受数据1：
读，LCD输出数据
9DB0
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB4
10DB1
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB5
11DB2
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB6
12DB3
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB7
13reset
INPUT
1
电子表的复位端，当它为低电平时，电子时钟的1/10秒，秒，分都清零。
4功能模块描述
4.1时钟模块
1.1/10秒
秒
分
在这个模块中有1/10秒，秒，分，通过这几个时间来反映做出来的电子表，用板子里面的50MHZ产生出10HZ的分频作为1/10秒，从而进行计时。
2.Switch1:
初值设置开关（总开关）：
拨动到低电平时，1/10秒，秒，分都停止，开始设置时间。
拨动到高电平时，说明时间设置完毕，时钟开始正常运行。
Button2按键1（修改1/10秒）：
按一次，1/10秒加1。
Button3按键2（修改秒）：
按一次，秒加1。
Button4按键3（修改分）：
按一次，分加1。
4.2按键模块
这个模块完成的是按键的消抖，使用系统自带50MHZ时钟分频得到的25MHZ，再进行按键采样，人一般的反应时间在50ms左右，所以采样的计数设置为25MHZ*50ms。
4.3LCD显示模块
1.第一行显示“TIME“.
2.LCD上的第二行显示1/10秒，秒，分。
3.LCD上的第二行显示修改后的1/10秒，秒，分。
4.4时钟分频模块
使用FPGA板子中自带的50MHZ时钟分频得到10HZ（用于电子表计时），分频得到25MHZ（用于按键消抖模块时对按键采样的频率）。
5电学指标
6绝对最大范围
7建议工作条件
8其他说明
4.2设计方案
电子表微控器设计方案
V1.0
版本信息
版本
日期
描述
作者
1.0
2011年3月1日
电子表微控器设计
陆晓育
2.0
2011年3月8日
电子表微控器设计
陆晓育
目录
1概述
设计一个电子表微控制器，用FPGA开发板的拨动开关作为电子表的时间初值设置控制信号，并且使用按键改变时间（1/10秒，秒，分），LCD显示当前时间值以及修改后的时间。
2设计目标
2.1功能定义
1.用FPGA开发板的拨动开关作为电子表的时间初值设置控制信号，首先设置出电子表的1/10秒，秒，分初值。
并且在LCD上显示出1/10秒，秒，分
2．使用按键1（Switch1）作为电子表的总控制开关，当Switch1为低电平时，才可以修改时间。
3.使用reset作为电子表的复位，当它为低电平时，把电子表的1/10秒，秒，分清零。
4.按键2（Button2）作为1/10秒的初值设置控制键。
5.按键3（Button3）作为秒的初值设置和修改的控制键。
6.按键4（Button4）作为分的初值设置和修改的控制键。
7.在LCD上显示修改后的时间。
2.2接口描述
名称
引脚（inputoroutput）
位宽
描述
1Switch1
INPUT
1
控制初值设置，并且是修改时间的总开关，当它为低电平时，才能修改1/10秒，秒，分
2Button2
INPUT
1
当总开关开启时（为低电平），修改1/10秒
3Button3
INPUT
1
当总开关开启时（为低电平），修改秒
4Button4
INPUT
1
当总开关开启时（为低电平），修改分
5CLOCK_50MHZ
INPUT
1
产生50MHZ的晶振输出，给系统应用
6LCD_EN
OUTPUT
1
LCD的读/写操作允许控制信号，为高电平时允许读写，低电平时不允许
7LCD_RS
OUTPUT
1
寄存器选择控制信号，为低电平时写操作期间LCD的复位端
8LCD_R/W
OUTPUT
1
读写控制信号，0：
写，LCD接受数据1：
读，LCD输出数据
9LCD_DB0
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB4
10LCD_DB1
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB5
11LCD_DB2
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB6
12LCD_DB3
OUTPUT
1
FPGA连接LCD的数据端DB7
13reset
INPUT
1
电子表的复位端，当它为低电平时，电子时钟的1/10秒，秒，分都清零。
端口定义：
端口名称
引脚定义
1Switch1
N17
2Button2
H13
3Button3
K17
4Button4
D18
5CLOCK_50MHZ
C9
6LCD_EN
M18
7LCD_RS
L18
8LCD_R/W
L17
9LCD_DB0
R15
10LCD_DB1
R16
11LCD_DB2
P17
12LCD_DB3
M15
13reset
H18
2.3引脚时序
Clock
Switch1
Button2
Button3
Button4
LCD_EN
LCD_RS
LCD_R/W
LCD_DB[0:
3]
3顶层方案设计
3.1顶层结构框图
3.2顶层模块划分
1.分频模块
使用FPGA板子中自带的50MHZ时钟分频得到10HZ（用于电子表计时1/10秒），分频得到25MHZ（用于按键消抖模块时对按键采样的频率）。
2.按键模块
这个模块完成的是按键的消抖，使用系统自带50MHZ时钟分频得到的25MHZ，再进行按键采样，人一般的反应时间在50ms左右，所以采样的计数设置为25MHZ*50ms。
Switch1:
用它作为时钟的总开关，当它为低电平有效时，开始设置电子表的初值。
reset:
使用reset作为电子表的复位，当它为低电平时，把电子表的1/10秒，秒，分清零。
Button2：
作为1/10秒的初值设置控制键（每按键一次，1/10秒加1，到9时在返还到0）。
Button3：
作为秒的初值设置和修改控制键（每按键一次，秒加1，累加到59时，返回到0）。
Button4：
作为分的初值设置和修改控制键（每按键一次，分加1，累加到59时，）。
3.时钟模块
利用FPGA板子当中晶振产生的50MHZ分频得到0.1秒，从而可以得到秒，分。
4.LCD液晶显示模块
显示初值设定的时间，并且可以显示修改后的时间。
3.3子模块说明
1.按键模块：
Switch1:
初值设置开关（总开关）：
拨动到低电平时，1/10秒，秒，分都停止，开始设置时间。
拨动到高电平时，说明时间设置完毕，时钟开始正常运行。
Button2按键1（修改1/10秒）：
按一次，1/10秒加1。
Button3按键2（修改秒）：
按一次，秒加1。
Button4按键3（修改分）：
按一次，分加1。
2.时钟模块：
1/10秒
秒
分
在这个模块中有1/10秒，秒，分，通过这几个时间来反映做出来的电子表，用板子里面的50MHZ产生出10HZ的分频。
3.LCD液晶显示模块
显示1/10秒，秒，分
显示修改后的1/10秒，秒，分
4.按键消抖模块
这个模块完成的是按键的消抖，使用系统自带50MHZ时钟分频得到的25MHZ，再进行按键采样，人一般的反应时间在50ms左右，所以采样的计数设置为25MHZ*50ms。
4子模块详细设计
4.1键盘模块设计
Switch1:
用它作为时钟的总开关，当它高电平
（1）有效时，开始设置电子表的初值。
Reset：
作为电子表的复位，当它为低电平时，把电子表的1/10秒，秒，分清零。
Button2：
作为1/10秒的初值设置控制键（每按键一次，1/10秒加1，到9时在返还到0并且向秒进位1）。
Button3：
作为秒的初值设置和修改控制键（每按键一次，秒加1，累加到59时，返回到0并且向分进位1）。
Button4：
作为分的初值设置和修改控制键（每按键一次，分加1，累加到59时返回到0）。
4.2时钟模块设计
1.利用FPGA板子中晶振产生的50MHZ频率，把它分频成0.1秒即10HZ。
2.上面分频得到的0.1秒就是电子表的最小时间单位，当1/10秒从0开始走到9时，向秒进位1的同时，从9跳转到0，重新开始从零计时。
3.秒从0开始计数，当从1/10秒得到进位时，秒加1，直到计数计到59时，向分进位1的同时，从59跳转到0，重新开始从零计时。
4.分从0开始计数，当从秒得到进位时，分加1，直到计数计到59时，跳转到0，从零开始重新计时。
4.3LCD液晶显示模块
首先显示初值1/10秒，秒，分，如果有修改，那么LCD液晶显示屏显示出修改后的时间值
4.3功能验证方案
moduletextdianclock;
regclk1,reset;
wire[7:
0]fen,miao;
wire[3:
0]time_one_ten;
dianclockdc（reset,clk1,fen,miao,time_one_ten）;
initial
begin
clk1=0;
reset=0;
end
always#5clk1=~clk1;
initial
begin
#15reset=1;
end
endmodule
4.4电路设计源代码，功能仿真激励源代码及功能仿真结果报告
ModuleTOP（CLK_50MHZ,reset,Switch1,Button2,Button3,Button4,LCD_RS,LCD_DB,LCD_RW,LCD_E）;
inputCLK_50MHZ;
inputreset;
inputSwitch1,Button2,Button3,Button4;
//inputSwitch1,Button2,Button3,Button4;
outputLCD_RS,LCD_RW,LCD_E;
output[3:
0]LCD_DB;
//wire[3:
0]DATA;
wireclk1,clk2;
wire[7:
0]fen,miao;
wire[3:
0]time_one_ten;
wireButton6,Button7,Button8;
fenpinfp（.CLK_50MHZ（CLK_50MHZ）,.clk1（clk1）,.clk2（clk2））;
//按键消抖
clearjittercj1（.clk2（clk2）,.reset（reset）,.Button_in（Button2）,.Button_out（Button6））;
clearjittercj2（.clk2（clk2）,.reset（reset）,.Button_in（Button3）,.Button_out（Button7））;
clearjittercj3（.clk2（clk2）,.reset（reset）,.Button_in（Button4）,.Button_out（Button8））;
//时钟计时
dianclockdc（.reset（reset）,.clk1（clk1）,.Button5（Switch1）,
.Button6（Button6）,.Button7（Button7）,.Button8（Button8）,
.fen（fen）,.miao（miao）,.time_one_ten（time_one_ten）
）;
//LCD显示
LCDlc（.CLK_50MHZ（CLK_50MHZ）,.LCD_RS（LCD_RS）,.LCD_DB（LCD_DB）,
.LCD_RW（LCD_RW）,.LCD_E（LCD_E）,
.fen（fen）,.miao（miao）,.time_one_ten（time_one_ten））;
endmodule
modulefenpin（CLK_50MHZ,clk1,clk2）;
inputCLK_50MHZ;
outputclk1;
outputclk2;
regclk1;
regclk2;
reg[22:
0]count;
reg[1:
0]count2;
always@（posedgeCLK_50MHZ）//fenpento10hz
begin
if（count==23'h4C4B40）
begin
count=0;
clk1=1;
end
else
begin
clk1=0;
count=count+1;
end
end
always@（posedgeCLK_50MHZ）//fenpento25mhz
begin
if（count2==2'b10）
begin
count2=0;
clk2=1;
end
else
begin
clk2=0;
count2=count2+1;
end
end
endmodule
moduledianclock（reset,clk1,Button5,Button6,Button7,Button8,
fen,miao,time_one_ten）;
inputclk1,reset;
inputButton5,Button6,Button7,Button8;
output[7:
0]fen,miao;
output[3:
0]time_one_ten;
reg[7:
0]fen,miao;
reg[3:
0]time_one_ten;
wireclk;
assignclk=Button5&&clk1||Button6||Button7||Button8;
//**timecountmodule**//
always@（posedgeclkornegedgereset）
begin
if（!
reset）begin
time_one_ten=2'b00;fen=2'b00;miao=2'b00;
end
else
begin
if（fen==8'b01011001&&miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//59:
59:
9
begin
time_one_ten=0;fen=0;miao=0;
end
elseif（miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//##:
59:
9
begin
if（fen[3]&&fen[0]）//#9:
59:
9
begin
fen=fen+7;
miao=0;time_one_ten=0;
end
else
begin//##:
59:
9
fen=fen+1;
miao=0;time_one_ten=0;
end
end
elseif（time_one_ten==4'b1001）//##:
##:
9
begin
if（miao[3]&&miao[0]）//##:
#9:
9
begin
time_one_ten=0;
miao=miao+7;
end
else
begin
miao=miao+1;
time_one_ten=0;
end
end
//else
//time_one_ten=time_one_ten+1;//##:
##:
#
elseif（Button8）//correctthefen
begin
if（fen==8'b01011001&&miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//59:
##:
#
begin
fen=0;
end
elseif（miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//##:
##:
#
begin
if（fen[3]&&fen[0]）//#9:
##:
#
fen=fen+7;
else
fen=fen+1;
end
elsefen=fen+1;
end
elseif（Button7）//correctthemiao
begin
if（fen==8'b01011001&&miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//59:
59:
#
begin
fen=0;miao=0;
end
elseif（miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//##:
59:
#
begin
if（fen[3]&&fen[0]）
fen=fen+7;
else
fen=fen+1;
miao=0;
end
end
elseif（Button6）//correctthetime_one_ten（1/10）
begin
if（fen==8'b01011001&&miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//59:
59:
9
begin
time_one_ten=0;fen=0;miao=0;
end
elseif（miao==8'b01011001&&time_one_ten==4'b1001）//##:
59:
9
begin
if（fen[3]&&fen[0]）
fen=fen+7;
else
fen=fen+1;
miao=0;
time_one_ten=0;
end
elseif（time_one_ten==4'b1001）//##:
##:
9
begin
if（miao[3]&&miao[0]）
miao=miao+7;
else
miao=miao+1;
time_one_ten=0;
end
else
time_one_ten=time_one_ten+1;
end
else
time_one_ten=time_one_ten+1;//##:
##:
#
end//theendofelse
end//theendofalways
endmodule
moduleclearjitter（clk2,reset,Button_in,Button_out）;
inputclk2;//50mhzto25mhz
inputreset;
inputButton_in;
outputButton_out;
//wireButton_out;
reg[20:
0]cnt1;
reg[20:
0]cnt2;
regButton_out1_reg;
//samplingtime=50ms*25mhz
assignButton_out=Button_out1_reg;
//caiyanghighlevel
always@（posedgeclk2ornegedgereset）
begin
if（!
reset）
cnt1<=21'h000000;
else
begin
if（Button_in==1'b1）
cnt1<=cnt1+1;//countofhighlevel
else
cnt1<=21'h000000;
end
end
//caiyanglowlevel
always@（posedgeclk2ornegedgereset）
begin
if（!
reset）
cnt2<=21'h000000;
else
begin
if（Button_in==1'b0）
cnt2<=cnt2+1;//countoflowlevel
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