基于VHDL的多功能数字钟设计报告.docx

1、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02121451一、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：Quartus II三、 系统功能描述1、 系统输入：时钟信号elk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。（2）校时：在

2、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

3、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“s巳键时以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”的数码管以一输入时钟信号-每来个时钟上升沿时cout开始计数 -当 cout=25000 时,qlKHz 输出 “0” ;-当 25000cout=50000 时，qlKHz-输出T,完成lKHz频率输出2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（

4、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的髙音，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lKHz 的 qlKHz, 500Hz 的 qSOOHz, 2Hz 的 q2Hz 和 1Hz 的 qlHz。(2)源

5、程序： library ieee； use ieeestd logic_l164.all； use ieee std logiconsigned all；entity freq is port (CLK： in std logic ；qlKHz： buffer std logic； q500Hz： buffer std logic； q2Hz： buffer std logic； qlHz： out std logic): end freq；architecture bhv of freq is beginP1KHZ：process(CLK) variable cout：integer：=0；

6、 beginif CLK1 event and CLK二T then cout：=cout+l；if cout=25000 then qlKHz=0； elsif cout50000 then qlKHz=，1 else cout：=0；end if；end if；end process；P500HZ： process (qlKHz) qlKHz 作为输入信号，分出 qSOOHzvariable cout：integer：=0；beginif q 1 KHzrevent and qlKHz=T thencout：=cout+l；if cout=l then q500Hz=0； 二分频elsif

7、 cout=2 then cout:=0:q500Hz=r T；end if；end if；end process；P2HZ：process(q500Hz)variable cout：integer：=0；beginif q500Hzrevent and q500Hz二T then cout：=cout+l；if cout=125 then q2Hz=0；elsif cout0flash hflashnnflashss-eLsfwwj instl二选一模块(mux21a. vhd)(1)源程序： library ieee； use ieeestd logic_l164.all； use iee

8、e std logic_unsigned. all； entity mux21a is port(a,b,s：in bit;y：out bit)；end entity mux21a； architecture one of mux21a isbeginprocess (a,b,s)beginif s=0， theny=a； 若s=0, y输出a,反之输出b。else yD3.Oski17.4coc.小时计时(hour, vhd)hour dk sk33.0J4sMip.4:inst6d.闹钟分计时(cntm60b. vhd)(1)仿真波形图：Nano33 u, 5.9? 3 8. L3.印 u

9、, IS. IT 18.7? 3 21.2.9 g 3LnjuinirLnarLnnmarLnnnjwnjiRnnrLruwinjumnmnnjuuiruinrBP亘mirrbii en sld03.0J4sdk sldip.4Jinst7e.闹钟小时计时(cnth24b. vhd) (1)仿真波形图： -Gnttib en sWO3.O;dk sldip.4J *； !: !:irast8 j5、闹钟比较模块(compare, vhd)（1） 模块说明：比校正常计数时间与闹钟定时时间是否相等，若相等，compout 输出T,反之输出“0”。（2） 仿真波形图：1 -compareth17.4

10、j oompouttM3.Ot(nO3.Obhip.4bmf7.,4bh03.,00；bmO3.0j inst6、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：Wane1 ps 5. 1? us 10.4 us 】5.3p us 20 4f8 us 25. us 30 72 us16. 5 ns# openbelcompout1 = ! = = 1 = iqlKKz曲测蒯ill咂测皿测测呱测i删测呱q500HzjmnjwinjTrLnjTrLnnnjTrLrLnjwuuirLnj

11、irLnjinjinrLnjinjirLrLrL(1 tnl 5j tnO: 913 tsl: 5 tsO：0XlX2：3X4X5X&X7：6：mX0）（lX2：3）（4X5X6X7：6）（9X0bell lllllWMllll皿L _n_n_ nn . _nn . jitl 一 iiil _（3）模块图:j tell!tellts.tp.4 tmop.ots.O3.O compout qlKHz q5O3Hz opsnbel! irrstl 17x控制显示模块（show_con vhd）（1） 模块说明：该模忘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

12、也在此模块中真正实现。（2） 源程序：library ieee；use ieeestd logic_l164.all；use ieee std logiconsigned all；entity showcon isseel,mini,hl： out std logic_vector(7 downto 4)； sec0,min0,hO： out std logic_vector(3 downto 0): q2Hzt flashs,flashh,flashm,sel_show：in std logic);end show con； architecture rtl of show con isbe

13、ginprocess(thl,tml,tsl,thO,tmO,tsO,bhl,bml,bhO,bmO,q2Hz,f1ashs,f1ashh,fl ashm,sei show)beginif sel_show=r 0r thenif ( flashh=，11 and q2Hz=，1)then hl=,llir,；hO=,llir,； 一显示小时数码管以2Hz闪烁 minl=tml；min0=tm0；secl=tsl；sec0=ts0；elsif (flashm=1and q2Hz=，1)thenhl=thl；hO=thO； mini=wllllw;minO=wllllff;secl=tsl；se

14、c0=ts0；elsif (flashs=1and q2Hz=，1)thenhl=thl；hO=thO；minl=tml ； min 0=tni0；secl=Bllir,；secO=ttllllw；elsehl=thl；hO=thO；minl=tml；min0=tm0； secl=tsl；secO=tsO； end if；elsif sei show二T then若 sei show 为1”，数码管显示闹钟时 间 一 一if (flashh二T and q2Hz二T ) then hi=,iiii,；ho=ffinr,； minl=bml ； minO=:bmO;secl=tt0000”;se

15、c 0=0000”；elsif ( flashm二T and q2Hz二T)thenhl=bhl；hO=bhO；minl=ffllir,；minO=,，llir,；sec 1=0000“；sec0=0000”；elsehl=bhl；hO=bhO；mini=bml；min0=bm0；sec1=0000 ”；sec0=0000“；end if ；end if；end process；end rtl；(3)模块图：:show oorath1|7.41sac17.4JLtm17.4)Lts17.,4hip.4)LthO3.OSfe&33.0Lwop.0min(X3.0rts-93.O)LbMp.4)b

16、m17.4JbW|3.Ojq2Hziflashsifias-hhifl35-hmsel_5howinstil)8 动态扫描显示模块（scarified, 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：library ieee；use ieeestd logic_l164.all；use ieee std logic_unsigned all； entity scan_led isport (clkl：in std logic；hO：in std logic_vector(3 downto 0): hl：in std logic_vector(

17、7 downto 4)； minO：in std logic_vector(3 downto 0): mini： in std logic_vector(7 downto 4)；ML：outMH：outHL：outHH：out );std logic_vector(7 std logic_vector(7 std logic_vector(7 std logic_vector(7downto downto downto downto0)0)0)0)end scan led； architecture one of sean led issignalt4：std logic_vector(l d

18、ownto 0): signal a： std logic_vector(3 downto 0)； beginpl：process(clkl)beginif clklrevent and clkl 二i then t4=cnt4+l;ift4=3 thent4case minO iswhen 0000 w=MLMLMLMLMLMLMLMLMLMLcase mini iswhen ff0000w=MHMHMHMHMHMHMHMHMHMHcase hO iswhen 0000”=HLHLHLHLHLHLHLHLHLHLNULL；end case；when ，H，=case hl iswhen 00

19、00”=HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHNULL；end case；when others =null；end case；end process p2； end one；（3）模块图：j scan_ted dklML7.O-4rHX3.0MH7.OTh17.4jHL7.Omirv33. .0Bmin17.4；inst17五、端口设定k： button2 , set： buttonl , reset： buttonO ；Bell： SW1用于开关蜂鸣器；=Q 忤Qa 就 rwls()pe)AST iiTTaTGrep) as*2 irfiflQ卩吨asp 匹“(ir) asz SFTT3

20、 哪)asp orTiaOrcpjftsi SHF(4FW)A5*Z STiTGfchp) As*i on ihOfvp) ast rhfzs:m - t .= r； ： . -0PW)AS7 tGOPOPP)AS7 【心(myftwz wra珂 tS25単呼呼制 ligg缈呷仮 TiigSSi： -i j.=TiS(W 卿)便 onTzflQP 卿Wl INiQ与綱A? fSTZaOrep) as- onTI6pw) as*z 537JOrvp) AS*Z OnTF4Fep)ft$-Z STTb*ftpcw) AS*Z DNZfl3 沖)as 丘 on7b“却 A 2ON LB4叽即）EON ZQ却 AST：DhTZBOfCp)AS7otTzb-Q 咛p)AST| : OF VP) ASTorrisqQMPP”讥I2d 2CMd ToJd uTSod bud ba TaTEd TbTHj eFmjrczojncxinoE；P)gpFG-noinch：Mis o iTS石呼 QOkins4 更 T 丘 ZE ZE uZH N3d :I汀皿 【Ed nHMd ： ：! nsMJd nrwid nrwjd nTNJd 就VMM nrwid a3Njd