多功能數(shù)字鐘設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告 Xilinx EDA Basys2 華中科技大學(xué) HUST

1、 多功能數(shù)字鐘設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告 院系：電子與通信工程學(xué)院 姓名：郭世康 班級：1301 學(xué)號：U201313639 指導(dǎo)教師：唐祖平一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 掌握可編程邏輯器件的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)設(shè)計輸入、編譯、仿真和器件編程 熟悉EDA軟件使用 掌握Verilog HDL設(shè)計方法 分模塊、分層次數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求 基本功能 能顯示小時、分鐘、秒鐘（時、分用顯示器，秒用LED） 能調(diào)整小時、分鐘的時間 提高要求 任意鬧鐘；（1分） 小時為12/24進(jìn)制可切換（1分） 報正點(diǎn)數(shù)（幾點(diǎn)鐘LED閃爍幾下）（1分）三、 實(shí)驗(yàn)條件Xilinx工程環(huán)境，win7操作系統(tǒng)，BASYS2實(shí)驗(yàn)板。四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計1.設(shè)

2、計分析 數(shù)字鐘大體上由2個60進(jìn)制計數(shù)器，1個24進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成，中間有數(shù)據(jù)選擇器進(jìn)行連接。為實(shí)現(xiàn)提高功能，還需12進(jìn)制計數(shù)和整點(diǎn)判斷模塊。下圖為數(shù)字鐘層次結(jié)構(gòu)圖。2. 實(shí)驗(yàn)原理 振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器進(jìn)位，分計數(shù)器滿60后向小時計數(shù)器進(jìn)位，小時計數(shù)器按24或12進(jìn)制規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸送譯碼顯示電路，即可顯示出數(shù)碼（即時間）。計時出現(xiàn)誤差時可以用校時電路進(jìn)行校時和校分。小時顯示（1224）切換電路、仿電臺報時、定時鬧鐘為擴(kuò)展電路，只有在計時主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。本實(shí)驗(yàn)采用Verilog H

3、DL進(jìn)行描述，然后用FPGA/CPLD實(shí)現(xiàn)，使用內(nèi)部50MHz晶振作為時鐘電路。3. 邏輯設(shè)計 實(shí)現(xiàn)上述功能的Verilog HDL 程序如下。實(shí)現(xiàn)基本功能的程序分為兩層次四個模塊，底層有3個模塊構(gòu)成，即6進(jìn)制計數(shù)器模塊，10進(jìn)制計數(shù)器模塊和24進(jìn)制計數(shù)器模塊，頂層有一個模塊，他調(diào)用底層的3個模塊完成數(shù)字中的計時功能。 module timeclock(Hour,Minute,Second,CP,nCR,EN,Adj_Min,Adj_Hour,number,Light,clk,temp,change,AMTM,dingdong); output 7:0 Hour,Minute,Second;

4、output 3:0 Light,temp; output 6:0 number; output clk,AMTM,dingdong;/clk為分頻之后的時鐘信號，頻率為1Hz，AMTM為24進(jìn)制轉(zhuǎn)換12進(jìn)制時表明上下午的變量，dingdong為整點(diǎn)報時時的閃爍信號。 input CP;/輸入的時鐘信號，需分頻后才能正常使用。 input nCR;/清零 input EN,change;/EN為使能信號，change為12/24進(jìn)制轉(zhuǎn)換開關(guān)。 input Adj_Min;/校分控制 input Adj_Hour; /校時控制 wire 7:0 Hour,Minute,Second; reg c

5、lk; reg 29:0 count,count1;/分頻需要的計數(shù)器 reg 1:0 scan;/掃描時需要的計數(shù)器 reg 3:0 Light,temp;/4Bit 變量Light代表四個數(shù)碼管，temp表示數(shù)碼管需要顯示的數(shù)字 reg 6:0 number;/number代表7個發(fā)光二極管 reg clk1;/為分頻后的掃描頻率 supply1 Vdd; wire MinL_EN,MinH_EN,Hour_EN;/中間變量/ Hour,Minute,Second counter/ /60進(jìn)制秒計數(shù)器 counter10 U1(Second3:0,nCR,EN,clk);/個位 count

6、er6 U2(Second7:4,nCR,(Second3:0=4h9),clk);/十位/產(chǎn)生分鐘計數(shù)器使能信號。Adj_Min=1，校正分鐘；Adj_Min=0，分鐘正常計時 assign MinL_EN=Adj_Min?Vdd:(Second=8h59); assign MinH_EN=(Adj_Min&(Minute3:0=4h9)|(Minute3:0=4h9)&(Second=8h59); /60進(jìn)制分鐘計數(shù)器 counter10 U3(Minute3:0,nCR,MinL_EN,clk); counter6 U4(Minute7:4,nCR,MinH_EN,clk);/產(chǎn)生小時計

7、數(shù)器使能信號。Adj_Hour=1，校正小時；Adj_Hour=0，小時正常計時 assign Hour_EN=Adj_Hour?Vdd:(Minute=8h59)&(Second=8h59);/24進(jìn)制和12進(jìn)制可切換的小時計數(shù)器 counter24 U5(Hour7:4,Hour3:0,nCR,Hour_EN,clk,change,AMTM);/整點(diǎn)報時模塊 dingdong U6(clk,nCR,Minute7:4,Minute3:0,Hour7:4,Hour3:0,dingdong); /分頻 always (posedge CP) begin if(nCR) count=30d00;

8、 else if(count=30d25000000) begin count=30d00; clk=clk; end else count=count+1b1; end/產(chǎn)生1Hz的頻率 always (posedge CP) begin if(nCR) count1=30d00; else if(count1=30d100000) begin count1=30d00; clk1=clk1; end else count1=count1+1b1; end/產(chǎn)生掃描用的頻率/掃描計數(shù)器 always (posedge clk1) begin if(nCR) scan=2b00; else i

9、f(scan=2b11) scan=2b00; else scan=scan+1b1; end/掃描 always (scan1:0) begin case(scan1:0) 2b00: Light=4b0111; 2b01: Light=4b1011; 2b10: Light=4b1101; 2b11: Light=4b1110; endcase end/顯示數(shù)字 always (scan1:0) begin case(scan1:0) 2b00: temp=Hour7:4; 2b01: temp=Hour3:0; 2b10: temp=Minute7:4; 2b11: temp=Minut

10、e3:0; endcase endalways (temp) begin case(temp) 4d0:number=7b0000001; /0 4d1:number=7b1001111; /1 4d2:number=7b0010010; /2 4d3:number=7b0000110; /3 4d4:number=7b1001100; /4 4d5:number=7b0100100; /5 4d6:number=7b0100000; /6 4d7:number=7b0001111; /7 4d8:number=7b0000000; /8 4d9:number=7b0000100; /9 de

11、fault:number=7b0000001; endcase end endmodulemodule dingdong(clk,ncr,minuteh,minutel,hourh,hourl,dingdong); input ncr; input clk; input 3:0 minuteh,minutel; input 3:0 hourh,hourl; output reg dingdong; integer i=0; reg en; always(posedge clk or negedge ncr) begin if(ncr) begin dingdong=0; end else if

12、(minuteh=4d5)&(minutel=4d9) begin i=0; en=1; end else if(i(hourh*20+hourl*2)&(en) begin dingdong=dingdong; i=i+1; end else if(i=(hourh*20+hourl*2) en=0; else dingdong=0; end endmodulemodule counter10(Q,nCR,EN,CP); output 3:0 Q; input CP; input nCR; input EN; reg 3:0 Q; always (posedge CP or negedge

13、nCR) begin if(nCR) Q=4b0000;/nCR=0，計數(shù)器被異步清零 else if(EN) Q=Q;/EN=0，暫停計數(shù) else if(Q=4b1001) Q=4b0000; else Q=Q+1b1;/計數(shù)器增加1 endendmodulemodule counter6(Q,nCR,EN,CP); output 3:0 Q; input CP; input nCR; input EN; reg 3:0 Q; always (posedge CP or negedge nCR) begin if(nCR) Q=4b0000; else if(EN) Q=Q; else i

14、f(Q=4b0101) Q=4b0000; else Q=Q+1b1; endendmodulemodule counter24(CntH,CntL,nCR,EN,CP,change,AMTM); output 3:0 CntH; output 3:0 CntL; output AMTM; input nCR; input EN; input CP,change; reg 3:0 CntH,CntL; reg AMTM; always (posedge CP or negedge nCR) begin if(nCR) CntH,CntL=8h00;/清零 else if(change=0)/判

15、斷12或者24小時進(jìn)制。change=0時為24進(jìn)制，change=1時為12進(jìn)制 begin AMTM=0;/上下午顯示關(guān)閉if(EN) CntH,CntL4b0010)|(CntL4b1001)|(CntH=4b0010)&(CntL=4b0011) CntH,CntL=8h00; else if(CntH=4b0010)&(CntL4b0011) begin CntH=CntH; CntL=CntL+1b1; end else if(CntL=4b1001) begin CntH=CntH+1b1; CntL=4b0000; end else begin CntH=CntH; CntL=

16、4b0001&CntL4b0010) begin CntH=CntH-1b1; CntL=CntL-2b10; AMTM=1; end/AMTM=1.，表示為下午 else if(EN) CntH,CntL4b0001)|(CntL4b1001)|(CntH=4b0001)&(CntL=4b0010) begin CntH,CntL=8h01; AMTM=AMTM; end/完成一次12小時計數(shù)，AMTM翻轉(zhuǎn)一次，表示上下午的轉(zhuǎn)換 else if(CntH=4b0001)&(CntL4b0001) begin CntH=CntH; CntL=CntL+1b1; end else if(CntL

17、=4b1001) begin CntH=CntH+1b1; CntL=4b0000; end else begin CntH=CntH; CntL=CntL+1b1; end end end/12進(jìn)制小時計數(shù)完成 endendmodule4.仿真波形Counter10：Counter6：Counter24：24進(jìn)制時：12進(jìn)制時：總體波形： 注：number，temp等沒有顯示，change=0，即仿真波形為24進(jìn)制。五、 調(diào)試過程1. 調(diào)試步驟首先設(shè)置引腳接口，其代碼如下：引腳代碼：NET Light0 LOC = F12;NET Light1 LOC = J12;NET Light2 LO

18、C = M13;NET Light3 LOC = K14;NET number6 LOC = L14;NET number5 LOC = H12;NET number4 LOC = N14;NET number3 LOC = N11;NET number2 LOC = P12;NET number1 LOC = L13;NET number0 LOC = M12;NET Second0 LOC = M5;NET CP LOC = B8;NET nCR LOC = L3;NET EN LOC = P11;NET Adj_Hour LOC = B4;NET Adj_Min LOC = K3;NET change LOC = G3;NET AMTM LOC = M11;NET dingdong LOC = P7;接著連接BASYS2實(shí)驗(yàn)板，將程序下載到板子上，觀看結(jié)果。2. 調(diào)試過程中遇到的問題及解決辦法在調(diào)試過程中，觀察到四個數(shù)碼管都顯示為8，通過檢查確定原因?yàn)閽呙桀l率過高，將掃描頻率降低，結(jié)果正常顯示。3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果在BASYS2實(shí)驗(yàn)板上觀