多功能秒表计数器.docx

1、多功能秒表计数器深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 基于VHDL编程的FPGA设计 实验名称： 多功能秒表计数器 学院： 信息工程学院 专业： 电子信息工程 班级： 2010级电子2班 组号： 指导教师： 报告人： 学号： 实验时间： 2012 年 11 月 16 日 星期 三 实验地点 南区N411 实验报告提交时间： 2012.11.28 实验要求：题目、多功能秒表计数器基本要求（必选）:设计一个秒表，它具有计时功能。此秒表有两个按键（reset， start）按下reset键后，秒表清零，按下start键后，开始计时， 再次按下start键后， 停止计时， 用FPGA开发板上的两

2、个七段数码管显示时间（以秒为单位），计时由0 到 99 循环。高级要求（可选）：实现基本要求的前提下，增加一个按键（select），用于轮流切换两个七段数码管分别显示百分之一秒，秒，或对于Nexys2 和 Nexy3开发板，按下select键之后，四个七段数码管同时显示秒和百分之一秒。规格说明：1. 通过按下reset键，将秒表清零，准备计时，等检测到start键按下并松开后，开始计时 。如果再次检测到start键按下并松开后，停止计时。通过不断检测start键，来确定秒表是否开始计时。2. 在秒表计时时，七段数码管能够循环的由0099,0099。3. 开始默认两个七段数码管显示秒， 在检测到

3、select键按下并松开后，数码管切换到显示百分之一秒，当再次检测到select键按下并松开后，数码管切换到重新显示秒。4. 在秒表停止时，数码管依然能够正常切换显示秒，百分之一秒。5. 本实验使用FPGA开发板：Nexys2 或 Nexys3或旧板（建project时，需要选择该芯片的型号）。实验内容：A.VHDL程序代码library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity Counter is Generic(N : integer := 250000); Port (clk,reset,start,sel:in std_logic; ANO :o

4、ut std_logic_vector(3 downto 0); digit :out std_logic_vector(7 downto 0);end Counter;architecture Behavioral of Counter is signal Clk_1hz :std_logic :=0;signal Clk_1Hhz :std_logic :=0; signal Clk_1Khz :std_logic :=0;signal digit3:integer range 0 to 10 :=0;signal digit2:integer range 0 to 10 :=0;sign

5、al digit1:integer range 0 to 10 :=0;signal digit0:integer range 0 to 10 :=0;signal R_flag:integer range 0 to 10 :=0;signal S_flag:integer range 0 to 10 :=0;signal X_flag:integer range 0 to 10 :=0;begin-分频器- process(clk) variable count0:integer range 0 to 25000000 :=0; variable count1:integer range 0

6、 to 25000000 :=0; variable count2:integer range 0 to 25000000 :=0; begin if(clkevent and clk = 1) then count0 := count0+1; count1 := count1+1; count2 := count2+1; -频率_秒- if(count0 = 24999999) then Clk_1hz = not Clk_1hz; count0 := 0; end if;-频率_秒-频率_白分秒- if(count1 = 249999) then Clk_1Hhz = not Clk_1H

7、hz; count1 := 0; end if;-频率_白分秒-频率_数码管- if(count2 = 24999) then Clk_1Khz = not Clk_1Khz; count2 := 0; end if; -频率_数码管- end if; end process;-分频器-reset按键- process(clk,reset) variable count:integer range 0 to 25000000 :=0; begin if(clkevent and clk = 1) then if(reset = 1) then -消抖处理 if(count = N) then

8、count := 0; else count := count+1; end if; if(count = N-1)then -消抖处理 if(reset = 1) then R_flag = 1 ; end if; end if; else R_flag = 0 ; end if; end if; end process;-reset按键-start按键- process(clk,start) begin if(startevent and start = 0) then S_flag = S_flag+1; if(S_flag = 2) then S_flag = 0; end if; e

9、nd if; end process;-start按键-select按键- process(clk,sel) begin if(selevent and sel = 0) then X_flag = X_flag+1; if(X_flag = 1) then X_flag digit3 = 0; digit2 = 0; digit1 = 0; digit0 digit3 = digit3; digit2 = digit2; digit1 = digit1; digit0 digit0 = digit0+1; if(digit0 = 9) then digit0 = 0; digit1 = di

10、git1+1; if(digit1 = 9) then digit1 = 0; digit2 = digit2+1; if(digit2 = 9) then digit2 = 0; digit3 = digit3+1; if(digit3 = 9) then digit3 NULL; end case; end if; end process; -按键处理-数码管显示处理- process(Clk_1Khz) variable Tdigit:std_logic_vector(7 downto 0):=00000011; variable D_flag:integer range 0 to 3

11、:=0; variable TANO :std_logic_vector(3 downto 0) :=0011; variable Temp :integer range 0 to 10 :=0; begin if(Clk_1Khzevent and Clk_1Khz = 1) then if(X_flag = 0) then if(D_flag = 3) then D_flag := 2; case Temp is when 0 = Tdigit := 00000011; when 1 = Tdigit := 10011111; when 2 = Tdigit := 00100101; wh

12、en 3 = Tdigit := 00001101; when 4 = Tdigit := 10011001; when 5 = Tdigit := 01001001; when 6 = Tdigit := 01000001; when 7 = Tdigit := 00011111; when 8 = Tdigit := 00000001; when 9 = Tdigit := 00001001; when others = NULL; end case; end if; ANO = TANO; digit clk, reset = reset, start = start, sel = se

13、l, ANO = ANO, digit = digit ); - Clock process definitions clk_process :process begin clk = 0; wait for clk_period/2; clk = 1; wait for clk_period/2; end process; - reset process definitions reset_process :process start : IN std_logic; sel : IN std_logic; ANO : OUT std_logic_vector(3 downto 0); digi

14、t : OUT std_logic_vector(7 downto 0) ); END COMPONENT; begin reset = 0; wait for reset_period/2; reset = 1; wait for reset_period/2; end process; - start process definitions start_process :process begin start = 0; wait for start_period/2; start = 1; wait for start_period/2; end process; - sel proces

15、s definitions sel_process :process begin sel = 0; wait for sel_period/2; sel = 1; wait for sel_period/2; end process; - Stimulus process stim_proc: process begin - hold reset state for 100 ns. wait for 100 ns; wait for clk_period*10; - insert stimulus here wait; end process;END;综合后的仿真波形：仿真波形布局布线后的仿真

16、波形：仿真波形实验图片： - ASM图实验过程分析：一、代码分析I. 时钟分频器分析。秒表共用到两个时钟频率：100hz和1000hz。FPGA板子上提供的是50Mhz的时钟频率，采用分频器的 思想可将其分为100hz和1000hz，供时钟计数和数码管扫描使用。II. 按键标志分析。 对“复位键”，“开始_停止键”，“选择键”进行状态标志，以便在另一个Process中对标志进行处理。III.按键处理分析。对于按键标志的状态进行处理，分别列出不同状态下的Model值，再采用case语句进行条件分析，并 作出不同的功能操作。IV. 数码管显示处理分析。采用1000hz的频率对数码管进行扫描输出，其

17、中包括对“选择键”的判断，即数码管以两位显示，还是以四位显示。V. 按键消抖分析。 通过计数延时的方法进行按键消抖操作。2、仿真分析与实验结果对照通过仿真图像的分析以及实验结果的对照，满足了设计的要求，做到了通过按下reset键，将秒表清零，准备计时，等检测到start键按下并松开后，开始计时 。如果再次检测到start键按下并松开后，停止计时。通过不断检测start键，来确定秒表是否开始计时。在秒表计时时，七段数码管能够循环的由0099,0099。开始默认两个七段数码管显示秒， 在检测到select键按下并松开后，数码管切换到显示百分之一秒，当再次检测到select键按下并松开后，数码管切换到重新显示秒。在秒表停止时，数码管依然能够正常切换显示秒，百分之一秒。 实验心得总结：通过这一次的实验，设计秒表程序的规模明显比之前的要大很多，也要难好多。这个过程，我采用了控制变量法不断对自己的猜想不断进行验证，并且学会了多process进程的使用，包括process之间的关系，process之间的信号传递等等。另一点则是对数码管的位选，段选有了更透彻的理解以及按键如何实现消抖操作，使其系统更加稳定。指导教师批阅意见：成绩评定： 指导教师签字： 年 月 日备注：注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。 2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。