《數(shù)電課設(shè)vhdl數(shù)字鐘設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)電課設(shè)vhdl數(shù)字鐘設(shè)計（15頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、大連理工大學(xué)本科實驗報告
題目：數(shù)字鐘的設(shè)計
課程名稱： 數(shù)字電路課程設(shè)計
學(xué)院（系）： 電子信息與電氣工程學(xué)部
專 業(yè)： *************
班 級： *********
學(xué)生姓名： ****
學(xué) 號： ********
完成日期： *********
成 績：
2、
2012 年 12 月 28 日
實驗題目：多功能數(shù)字鐘的設(shè)計
一、 設(shè)計要求
1. 能夠顯示基本的數(shù)字鐘并能自主運(yùn)行。
2. 數(shù)字鐘能夠進(jìn)行調(diào)時，包括小時分鐘秒鐘都能調(diào)。
3. 在接近整點時led燈會閃爍提示，并且整點時另一個led燈會提示。
4. 數(shù)字鐘能夠轉(zhuǎn)變成秒表并能運(yùn)行與暫停，秒表能夠進(jìn)行一鍵清零。
5. 數(shù)字鐘還能夠轉(zhuǎn)變成倒計時，倒計時范圍可手動調(diào)節(jié)，在倒計時停止時會有l(wèi)ed燈閃爍提示。
二、 設(shè)計分析與系統(tǒng)方案設(shè)計
1. 數(shù)字鐘的基本功能部分，包括時、分、秒的顯示，手動調(diào)時，以及整點報時部分?；灸K是由振蕩器
3、、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。利用硬件中提供的50MHZ晶振，經(jīng)過分頻得到周期為1s的時鐘脈沖。將該信號送入計數(shù)器進(jìn)行計算，并把累加結(jié)果以“時”“分”“秒”的形式通過譯碼器由數(shù)碼管顯示出來。
進(jìn)入手動調(diào)時功能時，通過按鍵改變控制計數(shù)器的時鐘周期，使用0.5s的時鐘脈沖進(jìn)行調(diào)時計數(shù)（KEY1調(diào)秒，LOAD2調(diào)分，LOAD3調(diào)時），并通過譯碼器由七位數(shù)碼管顯示。
從59分50秒開始，數(shù)字鐘進(jìn)入整點報時功能。每隔兩秒提示一次。（本設(shè)計中以兩個LED燈代替蜂鳴器，進(jìn)行報時）
2. 多功能數(shù)字鐘的秒表功能部分，計時范圍從00分00.00秒至59分59.99秒?？捎奢斎胄盘枺≧
4、ST1）異步清零，并由按鍵（EN1）控制計時開始與停止。
將硬件中的50MHZ晶振經(jīng)過分頻獲得周期為0.01秒的時鐘脈沖，將信號送入計數(shù)器進(jìn)行計算，并把累計結(jié)果通過譯碼器由七位數(shù)碼管顯示。
3. 多功能數(shù)字鐘的倒計時功能部分，可通過按鍵（LOAD6調(diào)秒,LOAD7調(diào)分，LOAD8調(diào)時）設(shè)定倒計時開始時刻。倒計時的時鐘與數(shù)字鐘的時鐘相同，每迎到一個時鐘上升沿，則計數(shù)器減一。計數(shù)器減至00時，分鐘位、秒鐘位恢復(fù)至59，時鐘位恢復(fù)至23。倒計時結(jié)束時（即00時00分00秒）。
本設(shè)計通過數(shù)據(jù)選擇器控制譯碼器，使數(shù)碼管獨立顯示，各功能之間互不影響。當(dāng)LOAD4為高電平，則
5、對秒表信號進(jìn)行譯碼，數(shù)碼管顯示秒表數(shù)據(jù)；當(dāng)LOAD4為低電平,LOAD5為高電平，則對倒計時信號進(jìn)行譯碼，數(shù)碼管顯示倒計時信號數(shù)據(jù)；當(dāng)LOAD4，LOAD5全為低電平，則對正常時鐘信號進(jìn)行譯碼，數(shù)碼管顯示時鐘信號數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
數(shù)碼管顯示
譯碼器
數(shù)據(jù)選擇器
時鐘
計數(shù)器
分頻（周期1s）
50MHZ分頻
分頻（周期0.5s）
LED
提醒
分頻（周期0.01s）
秒表
計數(shù)器
異步清零
倒計時
計數(shù)器
三、 系統(tǒng)以及模塊硬件電路設(shè)
6、計
硬件模塊包含與，或，非多個基本邏輯單元，由硬件芯片內(nèi)部提供，軟件編程是為了目的性的操作硬件。
50MHZ分頻如下
根據(jù)上式得到周期分別為1s,0.01s,0.5s的時鐘。
系統(tǒng)硬件電路設(shè)計圖如下
實驗接口引腳連接如下
接口
名稱
類型
(輸入/輸出)
結(jié)構(gòu)圖上
的信號名
引腳號
說明
clk
Input
Pin_N2
2
50MHz clock 信號
En1
Input
Pin_P2
1
秒表運(yùn)行使能段
EN2
Input
Pin_B13
2
倒計時運(yùn)行使能段
KEY1
Input
7、Pin_N23
5
秒鐘調(diào)節(jié)按鍵
Led1
Output
Pin_AF23
7
接近整點顯示
Led2
Output
Pin_AB21
7
整點顯示
Load1
Input
Pin_V2
1
時鐘運(yùn)行使能端
Load2
Input
Pin_U4
1
數(shù)字鐘分鐘調(diào)節(jié)按鍵
Load3
Input
Pin_V1
1
數(shù)字時鐘調(diào)節(jié)按鍵
Load4
Input
Pin_T7
1
選擇秒表顯示
Load5
Input
Pin_A13
4
選擇倒計時顯示
Load6
Input
Pin_AF14
3
倒計時初始秒鐘設(shè)定
L
8、oad7
Input
Pin_AD13
8
倒計時初始分鐘設(shè)定
Load8
Input
Pin_AC13
8
倒計時初始時鐘設(shè)定
q1[0]
Output
Pin_AF10
8
秒鐘低位數(shù)碼管顯示
q1[1]
Output
Pin_AB12
8
q1[2]
Output
Pin_AC12
8
q1[3]
Output
Pin_AD11
8
q1[4]
Output
Pin_AE11
8
q1[5]
Output
Pin_V14
8
q1[6]
Output
Pin_V13
8
q2[0]
Output
9、
Pin_V20
6
秒鐘高位數(shù)碼管顯示
q2[1]
Output
Pin_V21
6
q2[2]
Output
Pin_W21
6
q2[3]
Output
Pin_Y22
6
q2[4]
Output
Pin_AA24
6
q2[5]
Output
Pin_AA23
6
q2[6]
Output
Pin_AB24
6
q3[0]
Output
Pin_AB23
6
分鐘低位數(shù)碼管顯示
q3[1]
Output
Pin_V22
6
q3[2]
Output
Pin_AC25
6
q3[3
10、]
Output
Pin_AC26
6
q3[4]
Output
Pin_AB26
6
q3[5]
Output
Pin_AB25
6
q3[6]
Output
Pin_Y24
6
q4[0]
Output
Pin_Y23
6
分鐘高位數(shù)碼管顯示
分鐘高位數(shù)碼管顯示
q4[1]
Output
Pin_AA25
6
q4[2]
Output
Pin_AA26
6
q4[3]
Output
Pin_Y26
6
q4[4]
Output
Pin_Y25
6
q4[5]
Output
Pin_U22
11、6
q4[6]
Output
Pin_W24
6
q5[0]
Output
Pin_U9
1
q5[1]
Output
Pin_U1
1
q5[2]
Output
Pin_U2
1
小時低位數(shù)碼管顯示
q5[3]
Output
Pin_T4
1
q5[4]
Output
Pin_R7
1
q5[5]
Output
Pin_R6
1
q5[6]
Output
Pin_T3
1
q6[0]
Output
Pin_T2
1
小時高位數(shù)碼管顯示
q6[1]
Output
Pin_P6
1
q6[2
12、]
Output
Pin_P7
1
q6[3]
Output
Pin_T9
1
q6[4]
Output
Pin_R5
1
q6[5]
Output
Pin_R4
1
q6[6]
Output
Pin_R3
1
rst1
Input
Pin_P1
1
秒表異步清零
Rst2
Input
Pin_C13
4
倒計時異步清零
四、 系統(tǒng)的程序設(shè)計
1. 分頻模塊
process(clk)
begin
if rising_edge(clk) then
if
13、 p1=49 then
p1<=0;cp1<=1;
else
p1<=p1+1;cp1<=0;
end if;
end if;
end process;
process(cp1)
begin
if rising_edge(cp1) then
if p2=999 then
p2<=0;cp2<=1;
else
p2<=p2+1;cp2<=0;
14、 end if;
end if;
end process;
process(cp2)
begin
if rising_edge(cp2) then
if p3=999 then
p3<=0;cp3<=1;
else p3<=p3+1;cp3<=0;
end if;
end if;
end process;
process(cp2)
begin
15、if rising_edge(cp2) then
if a="1001" then a<="0000";a1<=1;
else a<=a+1;a1<=0;
end if;
end if;
end process;
process(cp2)
begin
if rising_edge(cp2) then
if clfsa=499 then
clfsa<=0;hlfs<=1;
else
clfsa<=clfsa+1
16、;hlfs<=0;
end if;
end if;
end process;
（1）分頻模塊進(jìn)行了三次大的分頻
首先乘以50得到CP1也就是0.000001s的信號
在CP1的基礎(chǔ)上繼續(xù)分頻乘以1000得到cp2就是0.001s信號
在cp2的基礎(chǔ)上分頻乘以1000得到cp3就是1s的信號
（2）利用cp2（0.001s）信號加一個模10計數(shù)器變成al信號即為0.01s信號用于秒表計時
（3）利用cp2（0.001s）信號加一個模500計數(shù)器變成hlfs信號即為0.5s信號用于時鐘以及秒表的設(shè)定
2.數(shù)字鐘模塊
p
17、rocess(cp3,load1,key1)
begin
if rising_edge(cp3) then
if load1=1 then
if key1=0 then
if qq2="0101" and qq1="1001"
then qq1<="0000"; qq2<="0000";
elsif qq1="1001" then
qq1<="0000";qq2<=qq2+1;
else qq1<=qq1+
18、1;
end if;
end if;
else if load1=0 then
if qq2="0101" and qq1="1001"
then qq1<="0000"; qq2<="0000";cp4<=1;
elsif qq1="1001" then
qq1<="0000";qq2<=qq2+1;cp4<=0;
else qq1<=qq1+1;cp4<=0;
end if;
if
19、 qq2="0101" and en=1 then --整點報時
case qq1 is
when "0001"=>led1<=1;
when "0011"=>led1<=1;
when "0101"=>led1<=1;
when "0111"=>led1<=1;
when "1001"=>led2<=1;
when others =>led1<=0;led2<=0;
end case;
else led1<=0;led2<=0;
end if;
end if;
end if;
end if;
end proces
20、s;
process(hlfs,cp4,load2)
begin
if load2=1 then clkx<=hlfs;else clkx<=cp4;end if;
if rising_edge(clkx)then
if qq4="0101" and qq3="1001"
then qq3<="0000"; qq4<="0000";cp5<=1;
elsif qq3="1001" then
qq3<="0000";qq4<=qq4+1;cp5<=0;
21、 else qq3<=qq3+1;cp5<=0;
end if;
end if;
if qq3="1001" and qq4="0101"
then en<=1;
else en<=0;
end if;
end process;
process(hlfs,cp5,load1)
begin
if load3=1 then clkx1<=hlfs;else clkx1<=cp5;end if;
if rising_edge(clkx1) then
if qq5="0011"
22、 and qq6="0010" then
qq5<="0000"; qq6<="0000";
elsif qq5="1001" then
qq5<="0000";qq6<=qq6+1;
else qq5<=qq5+1;
end if;
end if;
end process;
數(shù)字鐘模塊在load1=1，key1=0時進(jìn)行秒鐘手動調(diào)節(jié)
Load1=0時運(yùn)行秒鐘并設(shè)定整點報時
Load2=1時進(jìn)行分鐘手動調(diào)節(jié)
Load
23、2=0時運(yùn)行分鐘
Load3=1時進(jìn)行時鐘手動調(diào)節(jié)
Load3=0時運(yùn)行時鐘
3.秒表模塊
process(a1,rst1,en1) --秒表計數(shù)器
begin
if rst1=1 then b<="0000";c<="0000"; --秒表異步清零
elsif rising_edge(a1) then
if en1=1 then
if b="1001" and
24、 c="1001"
then b<="0000";c<="0000";c1<=1;
elsif b="1001" then
b<="0000";c<=c+1;c1<=0;
else b<=b+1;c1<=0;
end if;
end if;
end if;
end process;
process(c1,rst1,en1)
begin
if rst1=1 then d<="0000";e<="0000";
elsif
25、rising_edge(c1) then
if en1=1 then
if d="1001" and e="0101"
then d<="0000";e<="0000";e1<=1;
elsif d="1001" then
d<="0000";e<=e+1;e1<=0;
else d<=d+1;e1<=0;
end if;end if;
end if;
end process;
process(e1,rst1,en1)
begin
if rst1=1 then f<="
26、0000";g<="0000";
elsif rising_edge(e1) then
if en1=1 then
if f="1001" and g="0101"
then f<="0000";g<="0000";
elsif f="1001" then
f<="0000";g<=g+1;
else f<=f+1;
end if;
end if;
end if;
end process;
秒表模塊中Rse1=1時秒表異步清零利用上升沿a1當(dāng)en
27、1=1時運(yùn)行秒表并進(jìn)行進(jìn)位處理與時鐘相類似，en1=0時秒表暫停。
4.倒計時模塊
process(cp3,rst2,en2,clkx2,load6,hlfs) --倒計時計數(shù)器
begin
if load6=1 then clkx2<=hlfs; else clkx2<=cp3;end if;
if rst2=1 then z2<="0000";z1<="0000";alz1<=1; --倒計時異步清零
elsif rising_edge(clkx2) then
28、if en2=1 then
if z2="0000" and z1="0000"
then z2<="0101";z1<="1001";alz1<=1;
elsif z1="0000" then
z1<="1001";z2<=z2-1;alz1<=0;
else z1<=z1-1;alz1<=0;
end if;
if alz5=1 then
if z1="0001" and z2="0000"
then led3<=1;else led3<=0;
end if
29、;end if;
end if;
end if;
end process;
process(alz1,rst2,en2,load7,clkx3,hlfs)
begin
if load7=1 then clkx3<=hlfs;else clkx3<=alz1;end if;
if rst2=1 then z4<="0000";z3<="0000";alz2<=1;
elsif rising_edge(clkx3) then
if z4="0000" and z3="0000"
then z4<="010
30、1";z3<="1001";alz2<=1;
elsif z3="0000" then
z3<="1001";z4<=z4-1;alz2<=0;
else z3<=z3-1;alz2<=0;
end if;
if alz4=1 then
if z4<="0000" and z3<="0000"
then alz5<=1;
else alz5<=0;end if;
end if;
end if;
end process;
process(clkx4,alz2,rst
31、2,en2,load8,hlfs)
begin
if load8=1 then clkx4<=hlfs;else clkx4<=alz2;end if;
if rst2=1 then z6<="0000";z5<="0000";
elsif rising_edge(clkx4) then
if z6="0000" and z5="0000"
then z6<="0010";z5<="0011";
elsif z5="0000" then
z5<="1001";z6<=z6-1;
else z5<=z5-1
32、;
end if;
if z5="0000" and z6="0000" then alz4<=1;else alz4<=0;end if;
end if;
end process;
倒計時模塊中當(dāng)LOAD4為低電平，LOAD5為高電平時，數(shù)碼管顯示倒計時。當(dāng)EN2為高電平，倒計時開始；當(dāng)EN2為低電平，倒計時中止。當(dāng)RST2為高電平，倒計時歸零。由LOAD8，LOAD7，LOAD6分別對倒計時初始時刻的時、分、秒進(jìn)行設(shè)定。
5.功能選擇模塊
process(qq1,qq2,qq3,qq4,qq5,qq6,b,c,d,e,f,g,loa
33、d4,load5,z1,z2,z3,z4,z5,z6)
begin
if load4=1 then vis1<=b;vis2<=c;vis3<=d;vis4<=e;vis5<=f;vis6<=g;
elsif load5=1 then vis1<=z1;vis2<=z2;vis3<=z3;vis4<=z4;vis5<=z5;vis6<=z6;
else vis1<=qq1;vis2<=qq2;vis3<=qq3;vis4<=qq4;vis5<=qq5;vis6<=qq6;
end if;
end process;
對系統(tǒng)的功能進(jìn)行選
34、擇load4=1為運(yùn)行秒表
Load5=1為運(yùn)行倒計時
其余情況為運(yùn)行時鐘。
6．顯示模塊
process(vis1,vis2,vis3,vis4,vis5,vis6)
begin
case vis1 is
when "0000"=>q1<="1000000";
when "0001"=>q1<="1111001";
when "0010"=>q1<="0100100";
when "0011"=>q1<="0110000";
when "0100"=>q
35、1<="0011001";
when "0101"=>q1<="0010010";
when "0110"=>q1<="0000010";
when "0111"=>q1<="1111000";
when "1000"=>q1<="0000000";
when "1001"=>q1<="0010000";
when others => null;
end case;
case vis2 is
when "0000"=>q2<="1000000";
when "0001"=>q2<="1111001";
when "0010"=>q2<="010010
36、0";
when "0011"=>q2<="0110000";
when "0100"=>q2<="0011001";
when "0101"=>q2<="0010010";
when "0110"=>q2<="0000010";
when "0111"=>q2<="1111000";
when "1000"=>q2<="0000000";
when "1001"=>q2<="0010000";
when others => null;
end case;
case vis3 is
when "0000"=>q3<="1000000";
when
37、 "0001"=>q3<="1111001";
when "0010"=>q3<="0100100";
when "0011"=>q3<="0110000";
when "0100"=>q3<="0011001";
when "0101"=>q3<="0010010";
when "0110"=>q3<="0000010";
when "0111"=>q3<="1111000";
when "1000"=>q3<="0000000";
when "1001"=>q3<="0010000";
when others => null;
end case;
38、
case vis4 is
when "0000"=>q4<="1000000";
when "0001"=>q4<="1111001";
when "0010"=>q4<="0100100";
when "0011"=>q4<="0110000";
when "0100"=>q4<="0011001";
when "0101"=>q4<="0010010";
when "0110"=>q4<="0000010";
when "0111"=>q4<="1111000";
when "1000"=>q4<="0000000";
when "1001"=>q
39、4<="0010000";
when others => null;
end case;
case vis5 is
when "0000"=>q5<="1000000";
when "0001"=>q5<="1111001";
when "0010"=>q5<="0100100";
when "0011"=>q5<="0110000";
when "0100"=>q5<="0011001";
when "0101"=>q5<="0010010";
when "0110"=>q5<="0000010";
when "0111"=>q5<="111100
40、0";
when "1000"=>q5<="0000000";
when "1001"=>q5<="0010000";
when others => null;
end case;
case vis6 is
when "0000"=>q6<="1000000";
when "0001"=>q6<="1111001";
when "0010"=>q6<="0100100";
when "0011"=>q6<="0110000";
when "0100"=>q6<="0011001";
when "0101"=>q6<="0010010";
when
41、 "0110"=>q6<="0000010";
when "0111"=>q6<="1111000";
when "1000"=>q6<="0000000";
when "1001"=>q6<="0010000";
when others => null;
end case;
end process;
end;
case語句的應(yīng)用，與數(shù)碼管相對應(yīng)。
五、 結(jié)論以及結(jié)果說明
參數(shù)選擇如下：
系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果：
當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時，秒信號產(chǎn)生，數(shù)字鐘由00:00:00至23:59:59正常顯示計時。當(dāng)LOAD1為高電平，數(shù)字鐘停表：
42、按下KEY1鍵，開始進(jìn)行秒鐘的手動設(shè)定；令LOAD2為高電平，則在停表的情況下進(jìn)行分鐘手動設(shè)定；令LOAD3為高電平，則在停表的情況下進(jìn)行小時手動調(diào)節(jié)。當(dāng)LOAD1為低電平，數(shù)字鐘從設(shè)定時間開始繼續(xù)計時。當(dāng)數(shù)字鐘為59分時，從50秒開始，每2秒進(jìn)行一次報時，也就是led1閃爍。
當(dāng)LOAD4為高電平時，數(shù)碼管顯示秒表。當(dāng)EN1為高電平，秒表開始計時；當(dāng)EN1為低電平，秒表停止計時；當(dāng)RST1為高電平，秒表異步清零。
當(dāng)LOAD4為低電平，LOAD5為高電平時，數(shù)碼管顯示倒計時。當(dāng)EN2為高電平，倒計時開始；當(dāng)EN2為低電平，倒計時中止。當(dāng)RST2為高電平，倒計時歸零。由LOAD8，LOAD
43、7，LOAD6分別對倒計時初始時刻的時、分、秒進(jìn)行設(shè)定。
當(dāng)LOAD4，LOAD5均為低電平時，回歸數(shù)字鐘顯示，且數(shù)字鐘顯示不受其他功能影響。
運(yùn)行結(jié)果基本滿足設(shè)計要求。
有待改善部分：
1、秒表調(diào)節(jié)過于麻煩需要摁著clk不放以0.5s每調(diào)節(jié)一個的速度調(diào)節(jié)秒鐘。
2.倒計時結(jié)束時無法自行停止，須由手動控制停止。
3.程序算法比較麻煩
六、 實驗中所遇問題及體會
在數(shù)電實驗也就是數(shù)字鐘的設(shè)計過程中，我遇到了很多困難，也在解決困難中學(xué)到很多知識。比如在設(shè)計時鐘時，總是遺漏掉某些情況還不能很好的把時鐘運(yùn)行與時鐘調(diào)節(jié)結(jié)合起來，還有在倒計時模塊一開始不會進(jìn)行進(jìn)位，后來在同學(xué)的幫助下完成了倒計時的設(shè)計。
通過數(shù)電課設(shè)大作業(yè)編程的訓(xùn)練，我對數(shù)電設(shè)計有了進(jìn)一步認(rèn)識，加深了對VHDL語言的了解，提高了vhdl語言編程能力。同時，也鍛煉了我獨立思考問題的能力。
數(shù)電課設(shè)vhdl數(shù)字鐘設(shè)計
