基于VHDL的多功能數(shù)字鐘設(shè)計報告

1、精選文檔基于VHDL的多功能數(shù)字鐘設(shè)計報告021215班衛(wèi)時章02121451一、設(shè)計要求1、具有以二十四小時制計時、顯示、整點報時、時間設(shè)置和鬧鐘的功能。2、設(shè)計精度要求為1秒。二、設(shè)計環(huán)境：Quartus II 三、系統(tǒng)功能描述1、系統(tǒng)輸入：時鐘信號clk接受50MHz；系統(tǒng)狀態(tài)及較時、定時轉(zhuǎn)換的把握信號為k、set，校時復(fù)位信號為reset，均由按鍵信號產(chǎn)生。2、系統(tǒng)輸出：LED顯示輸出；蜂鳴器聲音信號輸出。3、多功能數(shù)字電子鐘系統(tǒng)功能的具體描述如下：（一）計時：正常工作狀態(tài)下，每日按24h計時制計時并顯示，蜂鳴器無聲，逢整點報時。（二）校時：在計時顯示狀態(tài)下，按下“k”鍵，進入“小時”

2、待校準狀態(tài)，若此時按下“set”鍵，小時開頭校準；之后按下“k”鍵則進入“分”待校準狀態(tài)；連續(xù)按下“k”鍵則進入“秒”待復(fù)零狀態(tài)；再次按下“k”鍵數(shù)碼管顯示鬧鐘時間，并進入鬧鐘“小時”待校準狀態(tài)；再次按下“k”鍵則進入鬧鐘“分”待校準狀態(tài)；若再按下“k”鍵恢復(fù)到正常計時顯示狀態(tài)。若校時過程中按下“reset”鍵，則系統(tǒng)恢復(fù)到正常計數(shù)狀態(tài)。（1）“小時”校準狀態(tài)：在“小時”校準狀態(tài)下，顯示“小時”的數(shù)碼管以2Hz閃爍，并按下“set”鍵時以2Hz的頻率遞增計數(shù)。（2）“分”校準狀態(tài)：在“分”校準狀態(tài)下，顯示“分”的數(shù)碼管以2Hz閃爍，并按下“set”鍵時以2Hz的頻率遞增計數(shù)。（3）“秒”校準狀

3、態(tài)：在“秒復(fù)零”狀態(tài)下，顯示“秒”的數(shù)碼管以2Hz閃爍，并以1Hz的頻率遞增計數(shù)。（4）鬧鐘“小時”校準狀態(tài)：在鬧鐘“小時”校準狀態(tài)下，顯示“小時”的數(shù)碼管以2Hz閃爍，并按下“set”鍵時以2Hz的頻率遞增計數(shù)。（5）鬧鐘“分”校準狀態(tài)：在鬧鐘“分”校準狀態(tài)下，顯示“分”的數(shù)碼管以2Hz閃爍，并按下“set”鍵時以2Hz的頻率遞增計數(shù)。（三）整點報時：蜂鳴器在“59”分鐘的第“51”、“53”、“55”、“57”秒發(fā)頻率為500Hz的低音，在“59”分鐘的第“59”秒發(fā)頻率為1000Hz的高音，結(jié)束時為整點。（四）顯示：接受掃描顯示方式驅(qū)動4個LED數(shù)碼管顯示小時、分，秒由兩組led燈以4位

4、BCD 碼顯示。（五）鬧鐘：鬧鐘定時時間到，蜂鳴器發(fā)出頻率為1000Hz的高音，持續(xù)時間為60秒。四、各個模塊分析說明1、分頻器模塊(freq.vhd)（1）模塊說明：輸入一個頻率為50MHz的CLK，利用計數(shù)器分出1KHz的q1KHz，500Hz的q500Hz，2Hz的q2Hz和1Hz的q1Hz。（2） 源程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;entity freq is port (CLK: in std_logic ; -輸入時鐘信號 q1KHz: buffer std_

5、logic; q500Hz: buffer std_logic; q2Hz: buffer std_logic; q1Hz: out std_logic);end freq; architecture bhv of freq is beginP1KHZ:process(CLK)variable cout:integer:=0;begin if CLK'event and CLK='1' then cout:=cout+1; -每來個時鐘上升沿時cout開頭計數(shù)if cout<=25000 then q1KHz<='0' -當cout<=

6、25000時，q1KHz輸出“0” elsif cout<50000 then q1KHz<='1' -當25000<cout<=50000時，q1KHz else cout:=0; -輸出“1”，完成1KHz頻率輸出end if; end if; end process;P500HZ:process(q1KHz) -q1KHz作為輸入信號，分出q500Hzvariable cout:integer:=0;beginif q1KHz'event and q1KHz='1' thencout:=cout+1;if cout=1 th

7、en q500Hz<='0' -二分頻 elsif cout=2 then cout:=0;q500Hz<='1'end if; end if; end process;P2HZ:process(q500Hz)variable cout:integer:=0;beginif q500Hz'event and q500Hz='1' thencout:=cout+1;if cout<=125 then q2Hz<='0' elsif cout<250 then q2Hz<='1

8、9; else cout:=0;end if; end if; end process;P1HZ:process(q2Hz)variable cout:integer:=0;beginif q2Hz'event and q2Hz='1' thencout:=cout+1;if cout=1 then q1Hz<='0' elsif cout=2 then cout:=0;q1Hz<='1'end if; end if; end process;end bhv;（3）模塊圖:2、把握器模塊(contral.vhd)（1）模塊說明

9、：輸入端口k，set鍵來把握6個狀態(tài)，這六個狀態(tài)分別是：顯示計時時間狀態(tài)，調(diào)計時的時、分、秒的3個狀態(tài)，調(diào)鬧鈴的時、分的3個狀態(tài)，reset鍵是復(fù)位鍵，用來回到顯示計時時間的狀態(tài)。（2） 波形仿真圖：（3） 模塊圖：3、 二選一模塊(mux21a.vhd)（1）源程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;entity mux21a isport(a,b,s:in bit; y:out bit);end entity mux21a;architecture one of mux21a

10、 isbegin process(a,b,s)beginif s='0' then y<=a; -若s=0,y輸出a,反之輸出b。else y<=b;end if;end process;end architecture one;（2）仿真波形圖：（3） 模塊圖：4、 計時模塊a. 秒計時(second.vhd)（1）仿真波形圖：（2）模塊圖：b.分計時(minute.vhd)（1）仿真波形圖：（2）模塊圖：c.小時計時(hour.vhd)（1）仿真波形圖:（2）模塊圖：d.鬧鐘分計時(cntm60b.vhd)（1）仿真波形圖：（2）模塊圖：e.鬧鐘小時計時(cnt

11、h24b.vhd)（1）仿真波形圖：（2）模塊圖:5、鬧鐘比較模塊(compare.vhd)（1）模塊說明：比較正常計數(shù)時間與鬧鐘定時時間是否相等，若相等，compout輸出“1”，反之輸出“0”。（2）仿真波形圖：（3）模塊圖:6、報時模塊(bell.vhd)（1）模塊說明：該模塊既實現(xiàn)了整點報時的功能，又實現(xiàn)了鬧鈴的功能，蜂鳴器通過所選頻率的不同，而發(fā)出不同的聲音。（2）仿真波形圖：（3）模塊圖：7、把握顯示模塊(show_con.vhd)（1）模塊說明：該模塊實現(xiàn)了數(shù)碼管既可以顯示正常時間，又可以顯示鬧鐘時間的功能；調(diào)時過程的定時閃爍功能也在此模塊中真正實現(xiàn)。（2）源程序：library

12、 ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity show_con is port(th1,tm1,ts1:in std_logic_vector(7 downto 4); th0,tm0,ts0:in std_logic_vector(3 downto 0); bh1,bm1:in std_logic_vector(7 downto 4); bh0,bm0:in std_logic_vector(3 downto 0); sec1,min1,h1: out std_logic_vector(7 d

13、ownto 4); sec0,min0,h0: out std_logic_vector(3 downto 0); q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show:in std_logic);end show_con;architecture rtl of show_con isbeginprocess(th1,tm1,ts1,th0,tm0,ts0,bh1,bm1,bh0,bm0,q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show) begin if sel_show='0'then if ( flashh='1'and

14、 q2Hz='1')then h1<="1111"h0<="1111" -顯示小時數(shù)碼管以2Hz閃爍 min1<=tm1;min0<=tm0; sec1<=ts1;sec0<=ts0; elsif (flashm='1'and q2Hz='1')then h1<=th1;h0<=th0; min1<="1111"min0<="1111" sec1<=ts1;sec0<=ts0; elsif (fl

15、ashs='1'and q2Hz='1')then h1<=th1;h0<=th0; min1<=tm1;min0<=tm0; sec1<="1111"sec0<="1111" else h1<=th1;h0<=th0; min1<=tm1;min0<=tm0; sec1<=ts1;sec0<=ts0; end if; elsif sel_show='1'then-若sel_show為“1”，數(shù)碼管顯示鬧鐘時間 if(flashh=&#

16、39;1' and q2Hz='1')then h1<="1111"h0<="1111" min1<=bm1;min0<=bm0; sec1<="0000"sec0<="0000" elsif ( flashm='1' and q2Hz='1')then h1<=bh1;h0<=bh0; min1<="1111"min0<="1111" sec1<=&qu

17、ot;0000"sec0<="0000" else h1<=bh1;h0<=bh0; min1<=bm1;min0<=bm0; sec1<="0000"sec0<="0000" end if ; end if; end process;end rtl;（3）模塊圖：8、動態(tài)掃描顯示模塊(scan_led.vhd)（1）模塊說明：由4組輸入信號和輸出信號進而實現(xiàn)了時鐘時、分的動態(tài)顯示。（2）源程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use

18、 ieee.std_logic_unsigned.all;entity scan_led isport(clk1:in std_logic; h0:in std_logic_vector(3 downto 0); h1:in std_logic_vector(7 downto 4); min0:in std_logic_vector(3 downto 0); min1:in std_logic_vector(7 downto 4); ML:out std_logic_vector(7 downto 0); MH:out std_logic_vector(7 downto 0); HL:out

19、std_logic_vector(7 downto 0); HH:out std_logic_vector(7 downto 0) );end scan_led;architecture one of scan_led issignal cnt4:std_logic_vector(1 downto 0);signal a: std_logic_vector(3 downto 0) ;beginp1:process(clk1)begin if clk1'event and clk1 ='1' then cnt4<=cnt4+1; if cnt4=3 then cnt

20、4<="00" end if; end if;end process p1;p2:process(cnt4,h1,h0,min1,min0)begincase cnt4 is -把握數(shù)碼管位選when "00"=>case min0 is when "0000"=>ML<="11000000" when "0001"=>ML<="11111001" when "0010"=>ML<="1010010

21、0" when "0011"=>ML<="10110000" when "0100"=>ML<="10011001" when "0101"=>ML<="10010010" when "0110"=>ML<="10000010" when "0111"=>ML<="11111000" when "1000"=

22、>ML<="10000000" when "1001"=>ML<="10010000" when others=>NULL; end case;when "01"=>case min1 is when "0000"=>MH<="11000000" when "0001"=>MH<="11111001" when "0010"=>MH<="

23、;10100100" when "0011"=>MH<="10110000" when "0100"=>MH<="10011001" when "0101"=>MH<="10010010" when "0110"=>MH<="10000010" when "0111"=>MH<="11111000" when "100

24、0"=>MH<="10000000" when "1001"=>MH<="10010000" when others=>NULL; end case;when "10"=>case h0 is when "0000"=>HL<="11000000" when "0001"=>HL<="11111001" when "0010"=>HL<

25、="10100100" when "0011"=>HL<="10110000" when "0100"=>HL<="10011001" when "0101"=>HL<="10010010" when "0110"=>HL<="10000010" when "0111"=>HL<="11111000" when &qu

26、ot;1000"=>HL<="10000000" when "1001"=>HL<="10010000" when others=>NULL; end case;when "11"=>case h1 is when "0000"=>HH<="11000000" when "0001"=>HH<="11111001" when "0010"=>HH<="10100100" when "0011"=>HH<="10110000" when "0100"=>HH<="10011001"