【正文】 1 基于 VHDL 的多功能數(shù)字鐘 設(shè)計(jì)報(bào)告 021215 班 衛(wèi)時(shí)章 02121451 2 一、設(shè)計(jì)要求 具有以二十四小時(shí)制計(jì)時(shí)、顯示、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、時(shí)間設(shè)置和鬧鐘的功能。 設(shè)計(jì)精度要求為 1 秒 。 二、設(shè)計(jì)環(huán)境： Quartus II 三、系統(tǒng)功能描述 系統(tǒng)輸入：時(shí)鐘信號(hào) clk 采用 50MHz；系統(tǒng)狀態(tài)及較時(shí)、定時(shí)轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)為 k、 set，校時(shí) 復(fù)位信號(hào)為 reset， 均由按鍵信號(hào)產(chǎn)生。 系統(tǒng)輸出： LED 顯示輸出；蜂鳴器聲音信號(hào)輸出。 多功能數(shù)字電子鐘系統(tǒng)功能的具體描述如下 ： （一）計(jì)時(shí)：正常工作狀態(tài)下，每日按 24h 計(jì)時(shí)制計(jì)時(shí)并顯示，蜂鳴器無(wú)聲，逢整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 （二）校時(shí)：在計(jì)時(shí)顯示狀態(tài)下， 按下“ k”鍵， 進(jìn)入 “ 小時(shí) ”待 校準(zhǔn)狀態(tài)， 若此時(shí)按下“ set”鍵，小時(shí)開(kāi)始校準(zhǔn)； 之后按 下“ k” 鍵則進(jìn)入 “ 分 ”待 校準(zhǔn)狀態(tài) ；繼續(xù)按下 “ k” 鍵則進(jìn)入 “ 秒 ”待 復(fù)零狀態(tài) ；再 次按 下“ k” 鍵 數(shù)碼管顯示鬧鐘時(shí)間，并進(jìn)入鬧鐘“小時(shí)”待校準(zhǔn)狀態(tài)；再次按下“ k”鍵則進(jìn)入鬧鐘“分”待校準(zhǔn)狀態(tài)；若再按下“ k”鍵 恢復(fù)到正常計(jì)時(shí)顯示狀態(tài)。 若校時(shí)過(guò)程中按下“ reset”鍵，則系統(tǒng)恢復(fù)到正常計(jì)數(shù)狀態(tài)。 （ 1） “ 小時(shí) ” 校準(zhǔn)狀態(tài) ： 在 “ 小時(shí) ” 校準(zhǔn)狀態(tài)下，顯示 “ 小時(shí) ” 的數(shù)碼管 以 2Hz閃爍，并 按下“ set”鍵時(shí) 以 2Hz的頻率遞增計(jì)數(shù)。 （ 2） “ 分 ” 校準(zhǔn)狀態(tài)：在 “ 分 ” 校準(zhǔn)狀態(tài)下，顯示 “ 分 ” 的數(shù)碼管 以 2Hz閃爍，并 按下“ set”鍵時(shí) 以 2Hz的頻率遞增計(jì)數(shù)。 （ 3） “ 秒 ” 校準(zhǔn)狀態(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(jì)數(shù)。 （ 4） 鬧鐘“ 小時(shí) ” 校準(zhǔn)狀態(tài) ： 在 鬧鐘“ 小時(shí) ” 校準(zhǔn)狀態(tài)下，顯示 “ 小時(shí) ” 的數(shù)碼管 以 2Hz閃爍，并 按下“ set”鍵時(shí) 以 2Hz的頻率遞增計(jì)數(shù)。 （ 5） 鬧鐘“分” 校準(zhǔn)狀態(tài) ： 在 鬧鐘“分” 校準(zhǔn)狀態(tài)下，顯示 “ 分” 的數(shù)碼管 以2Hz閃爍，并 按下“ set”鍵時(shí) 以 2Hz的頻率遞增計(jì)數(shù)。 （三）整點(diǎn)報(bào)時(shí)：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(shí)為整點(diǎn)。 （四）顯示：采用掃描顯示方式驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LED 數(shù)碼管顯示小時(shí)、分 ， 秒 由兩組led 燈以 4 位 BCD 碼顯示。 （五）鬧鐘：鬧鐘定時(shí)時(shí)間到，蜂鳴器發(fā)出 頻率 為 1000Hz的高音 ，持續(xù)時(shí)間為60 秒 。 四、各個(gè)模塊分析說(shuō)明 分頻器模塊 () （ 1）模塊說(shuō)明：輸 入一個(gè)頻率為 50MHz的 CLK， 利用計(jì)數(shù)器分出 1KHz的 q1KHz， 500Hz的 q500Hz， 2Hz 的 q2Hz和 1Hz的 q1Hz。 （ 2） 源程序： library ieee。 3 use 。 use 。 entity freq is port (CLK: in std_logic 。 輸入時(shí)鐘信號(hào) q1KHz: buffer std_logic。 q500Hz: buffer std_logic。 q2Hz: buffer std_logic。 q1Hz: out std_logic)。 end freq。 architecture bhv of freq is begin P1KHZ:process(CLK) variable cout:integer:=0。 begin if CLK39。event and CLK=39。139。 then cout:=cout+1。 每來(lái)個(gè)時(shí)鐘上升沿時(shí) cout 開(kāi)始計(jì)數(shù) if cout=25000 then q1KHz=39。039。 當(dāng) cout=25000 時(shí)， q1KHz輸出“ 0” elsif cout50000 then q1KHz=39。139。 當(dāng) 25000cout=50000 時(shí)， 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(hào)，分出 q500Hz variable cout:integer:=0。 begin if q1KHz39。event and q1KHz=39。139。 then cout:=cout+1。 if cout=1 then q500Hz=39。039。 二分頻 elsif cout=2 then cout:=0。q500Hz=39。139。 end if。 end if。 end process。 P2HZ:process(q500Hz) variable cout:integer:=0。 begin if q500Hz39。event and q500Hz=39。139。 then cout:=cout+1。 if cout=125 then q2Hz=39。039。 elsif cout250 then q2Hz=39。139。 else cout:=0。 4 end if。 end if。 end process。 P1HZ:process(q2Hz) variable cout:integer:=0。 begin if q2Hz39。event and q2Hz=39。139。 then cout:=cout+1。 if cout=1 then q1Hz=39。039。 elsif cout=2 then cout:=0。q1Hz=39。139。 end if。 end if。 end process。 end bhv。 （ 3）模塊圖 : 控制器模塊 () （ 1）模塊說(shuō)明：輸入端口 k， set 鍵來(lái)控制 6 個(gè)狀態(tài)，這 六 個(gè)狀態(tài)分別是 ： 顯示計(jì)時(shí)時(shí)間狀態(tài)，調(diào)計(jì)時(shí)的時(shí)、分、秒 的 3 個(gè) 狀態(tài)，調(diào)鬧鈴的時(shí)、分的 3 個(gè) 狀態(tài)， reset 鍵是復(fù)位鍵，用來(lái)回到顯示計(jì)時(shí)時(shí)間的狀態(tài)。 （ 2） 波形仿真圖： （ 3） 模塊圖： 5 二選一模塊 () （ 1）源程序： library ieee。 use 。 use 。 entity mux21a is port(a,b,s:in bit。 y:out bit)。 end entity mux21a。 architecture one of mux21a is begin process(a,b,s) begin if s=39。039。 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： 6 計(jì)時(shí)模塊 () （ 1）仿真波形圖： （ 2）模塊圖： () （ 1）仿真波形圖： （ 2）模塊圖： () （ 1）仿真波形圖 : （ 2）模塊圖： 7 () （ 1）仿真波形圖： （ 2）模塊圖： () （ 1）仿真波形圖： （ 2）模塊圖 : 鬧鐘比較模塊 () （ 1）模塊說(shuō)明：比較正常計(jì)數(shù)時(shí)間與鬧鐘定時(shí)時(shí)間 是否相等，若相等， pout輸出“ 1”，反之輸出“ 0”。 （ 2）仿真波形圖： 8 （ 3）模塊圖 : 報(bào)時(shí)模塊 () （ 1）模塊說(shuō)明：該模塊既實(shí)現(xiàn)了整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，又實(shí)現(xiàn)了鬧鈴的功能，蜂鳴器通過(guò)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： 控制顯示模塊 () （ 1） 模塊說(shuō)明：該模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼管既可以顯示正常時(shí)間，又可以顯示鬧鐘時(shí)間的功能；調(diào)時(shí) 過(guò)程的 定時(shí)閃爍功能也在此模塊中真正實(shí)現(xiàn)。 （ 2）源程序： library ieee。 use 。 use 。 9 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 downto 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 is begin process(th1,tm1,ts1,th0,tm0,ts0,bh1,bm1,bh0,bm0,q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show) begin if sel_show=39。039。then if ( flashh=39。139。and q2Hz=39。139。)then h1=1111。h0=1111。 顯示小時(shí)數(shù)碼管以 2Hz閃爍 min1=tm1。min0=tm0。 sec1=ts1。sec0=ts0。 elsif (flashm=39。139。and q2Hz=39。139。)then h1=th1。h0=th0。 min1=1111。min0=1111。 sec1=ts1。sec0=ts0。 elsif (flashs=39。139。and q2Hz=39。139。)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=39。139。then若 sel_show 為 “1”，數(shù)碼管顯示鬧鐘時(shí)間 if(flashh=39。139。 and q2Hz=39。139。)then h1=1111。h0=1111。 min1=bm1。min0=bm0。 sec1=0000。sec0=0000。 elsif ( flashm=39。139。 and q2Hz=39。139。)then h1=bh1。h0=bh0。 min1=1111。min0=1111。 sec1=0000。sec0=0000。 else h1=bh1。h0=bh0。 10 min1=bm1。min0=bm0。 sec1=0000。sec0=0000。 end if 。 end if。 end process。 end rtl。 （ 3）模塊圖： 動(dòng)態(tài)掃描顯示模塊 () （ 1）模塊說(shuō)明：由 4 組 輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘時(shí) 、 分的動(dòng)態(tài)顯示 。 （ 2）源程序： library ieee。 use 。 use 。 entity scan_led is