【正文】 數(shù)（個）185配置二進(jìn)制文件（.rbf）大?。╞it）1167216可選串行主動配置器件EPCS1/ EPCS4/ EPCS16（3） 配置電路Cyclone FPGA的配置方式包括：主動配置模式、被動配置模式以及JTAG配置模式。通過JTAG結(jié)果，利用Quartus II軟件可以直接對FPGA進(jìn)行單獨的硬件重新配置。Cyclone FPGA設(shè)計成的JTAG指令比其他任何器件操作模式的優(yōu)先級都高，因此JTAG配置可隨時進(jìn)行而不用等待其他配置模式完成。JTAG的3個輸入腳TDI、TMS和TCK具有內(nèi)部弱上拉，上拉電阻大約為25kΩ。（4） 時鐘電路FPGA內(nèi)部沒振蕩電路，使用有源晶振是比較理想的選擇。當(dāng)輸入時鐘頻率較低時，可以使用FPGA的內(nèi)部PLL調(diào)整FPGA所需的系統(tǒng)時鐘，使系統(tǒng)運行速度更快。如圖22所示。本系統(tǒng)硬件整體設(shè)計框圖如圖23所示： 系統(tǒng)主板電路分析 時鐘模塊電路FPGA內(nèi)部沒振蕩電路，使用有源晶振是比較理想的選擇。當(dāng)輸入時鐘頻率較低時，可以使用FPGA的內(nèi)部PLL調(diào)整FPGA所需的系統(tǒng)時鐘，使系統(tǒng)運行速度更快。為了得到一個穩(wěn)定、精確的時鐘頻率，有源晶振的供電電源經(jīng)過了LC濾波。主板上七段數(shù)碼管顯示電路如圖24 所示，RP4和 RP6 是段碼上的限流電阻，位碼由于電流較大，采用了三極管驅(qū)動。常見的數(shù)管有共陰和 共陽 2 種。公共端常被稱作位碼，而將其他的 8 位稱作段碼。 從電路可以看出，數(shù)碼管是共陽的，當(dāng)位碼驅(qū)動信號為 0時，對應(yīng)的數(shù)碼管才能操作；當(dāng)段碼驅(qū)動信號為 0 時，對應(yīng)的段碼點亮。本設(shè)計采用主板上的獨立鍵盤來實現(xiàn)這兩個功能。電路連接圖如圖26所示。 鍵盤電路圖 蜂鳴電路設(shè)計如圖27所示，蜂鳴器使用 PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動控制，蜂鳴器使用的是交流蜂鳴器。因此可以利用一個 PWM 來控制 BEEP，通過改變 PWM 的頻率來得到不同的聲響，也可以用來播放音樂。第四章 數(shù)字化時鐘系統(tǒng)軟件設(shè)計 整體方案介紹 整體設(shè)計描述設(shè)計中的數(shù)字時鐘，帶有按鍵校準(zhǔn)，定點報時，數(shù)碼管顯示等功能。 計時器模塊：計數(shù)模塊的作用是收到分頻模塊1Hz頻率的信號線，能進(jìn)行正確計時，并且可以通過按鍵進(jìn)行時間的修改，且當(dāng)整點時，給蜂鳴器產(chǎn)生使能信號，進(jìn)行整點報時，播放音樂。 蜂鳴器模塊：根據(jù)計時模塊，鬧鐘模塊給出的使能信號，判定蜂鳴器是整點報時，還是鬧鐘響鈴。 LED顯示模塊：根據(jù)實際的需求顯示計時模塊的時間，還是鬧鐘設(shè)定模塊的時間，8個七段碼LED數(shù)碼管，進(jìn)行掃描方式顯示數(shù)據(jù)。接口及寄存器定義module clock(clk,key,dig,seg,beep)。 // 輸入時鐘 input [4:0] key。Key[4]為鬧鐘設(shè)置按鍵，key[5]為校準(zhǔn)設(shè)置按鍵。 // 數(shù)碼管選擇輸出引腳 aoutput [7:0] seg。 //蜂鳴器輸出端 reg [7:0] seg_r = 839。 //定義數(shù)碼管輸出寄存器 reg [7:0] dig_r。 // 定義顯示數(shù)據(jù)寄存器 reg [8:0] count1。 //定義計數(shù)中間寄存器 reg [23:0] hour = 2439。 // 定義現(xiàn)在時刻寄存器 reg [23:0] clktime = 2439。 //定義設(shè)定鬧鐘reg [1:0] keyen = 239。 // 定義標(biāo)志位 reg [4:0] dout1 = 539。reg [4:0] dout2 = 539。reg [4:0] dout3 = 539。 // 寄存器 wire [4:0] key_done。h0。hffff。b1。 //1秒時鐘reg clk1。 //寄存器 wire beepen。 分頻模塊實現(xiàn) 分頻模塊描述對于分頻模塊，關(guān)鍵是生成個1Hz的時鐘信號。1Hz的信號的產(chǎn)生用來產(chǎn)生時鐘的秒脈沖，： 分頻模塊設(shè)計本系統(tǒng)程序設(shè)計時鐘的準(zhǔn)確與否主要取決于秒脈沖的精確度。//1ms信號產(chǎn)生部分 always (posedge clk) // 定義 clock 上升沿觸發(fā) begin count = count + 139。 if(count == 1539。d0。 //置位秒標(biāo)志 end end//秒信號產(chǎn)生部分 always (posedge clk1) // 定義 clock 上升沿觸發(fā) begin count1 = count1 + 139。 if(count1 == 939。d0。 //置位秒標(biāo)志 endEnd 分頻模塊仿真通過設(shè)置功能仿真，檢查代碼的正確性 仿真結(jié)果 分頻模塊波形仿真圖右上圖可以知道，計數(shù)寄存器count累加到23999時，重新變?yōu)?，共計數(shù)了24000個值。所以，sec信號的頻率為1Hz，滿足設(shè)計要求。當(dāng)clk脈沖過來時，秒個位hour[3,0]便開始加1，當(dāng)加到9時，秒十位加1，與此同時秒個位清零，繼續(xù)加1。以此類推，當(dāng)分十位hour[15,12]為5和分個位為9時（即59分），時個位加1,與此同時分個位hour[19,16]和分十位都清零。從功能上講分別為模60計數(shù)器，模60計數(shù)器和模24計數(shù)器。b1。ha) //加到10，復(fù)位 begin hour[3:0] = 439。 hour[7:4] = hour[7:4] + 139。 // 秒的十位加一 if(hour[7:4] = 439。h0。b1。ha) //加到10，復(fù)位 begin hour[11:8] = 439。 hour[15:12] = hour[15:12] + 139。 //分十位加一 if(hour[15:12] = 439。h0。b1。ha) //加到10，復(fù)位 begin hour[19:16] = 439。 hour[23:20] = hour[23:20] + 139。 //時十位加一 end if(hour[23:16] = 839。h0。當(dāng)hour的時間為235959是，下一個計數(shù)器的值為000000,hour寄存器歸零，相當(dāng)于半夜0點的時刻。 按鍵處理模塊實現(xiàn) 按鍵處理模塊描述：模塊講計時部分和時間調(diào)整部分整合到一起，正常態(tài)的時候，時間正常運行，當(dāng)key[5]被按下時，進(jìn)入時間校準(zhǔn)，可以通過key[2:0]三個鍵，分別對秒，分，時進(jìn)行加1操作，從而進(jìn)行時間校準(zhǔn)。 按鍵模塊仿真圖通過按鍵key進(jìn)行仿真控制，可以發(fā)現(xiàn)clktime會隨著按鍵的按下，分別有時鐘，分鐘秒鐘加1,仿真結(jié)果滿足設(shè)計要求。assign key_done = key|dout3。 dout2 = dout1。 //連續(xù)賦值endalways (negedge key_done[4]) begin keyen[1] = ~keyen[1]。 //定時按鍵轉(zhuǎn)換乒乓按鍵End 按鍵模塊去抖仿真對于按鍵去抖動仿真，同樣才用功能仿真方式，這里不再重復(fù)設(shè)置與操作，如同上面的分頻模塊進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行仿真。因此改變key的值，觀察仿真結(jié)果是否正確。 鬧鐘模塊實現(xiàn) 鬧鐘模塊設(shè)計本設(shè)計中，判斷鬧鈴時間到，是通過判定時鐘系統(tǒng)實時時間的時鐘與分鐘是否分別等于設(shè)定的鬧鈴時間的時鐘、分鐘、秒鐘。正常情況下，鬧鈴時間到會進(jìn)行為時1分鐘的蜂鳴報時，可以通過按下鬧鐘按鍵key[3]使其停止。 鬧鐘控制鍵功能圖 鬧鐘設(shè)定模塊仿真 鬧鐘模塊仿真圖通過按鍵key進(jìn)行仿真控制，可以發(fā)現(xiàn)clktime會隨著按鍵的按下，分別有時鐘，分鐘秒鐘加1,仿真結(jié)果滿足設(shè)計要求。整點報時的時候，播放音樂，10秒音樂播報完后停止整點報時。當(dāng)鬧鈴設(shè)置為整點是，會先進(jìn)行整點報時，然后進(jìn)入鬧鈴。： 蜂鳴器模塊實現(xiàn)//蜂鳴器的計數(shù)定時器always(posedge clk) begin beep_count = beep_count + 139。 //計數(shù)器加 1 if((beep_count == beep_count_end)amp。(!(beep_count_end == 1639。h0。 //取反輸出信號 end end always (posedge clk) beginif (!beepen)case(hour[3:0]) //整點報時音樂內(nèi)容 439。h6a88。h1:beep_count_end = 1639。 //中音 4 的分頻系數(shù)值 439。h7794。h3:beep_count_end = 1639。 //中音 1 的分頻系數(shù)值 439。hb327。h6:beep_count_end = 1639。 //中音 5 的分頻系數(shù)值 439。h6a88。h8:beep_count_end = 1639。 //中音 4 的分頻系數(shù)值 default:beep_count_end = 1639。 //其他情況無聲endcaseelse if (!clktime_en)begin case(count1[8:5]) //鬧鐘嘀嘀嘀聲內(nèi)容 439。h2,439。h8:beep_count_end = 1639。 //高音 7 的分頻系數(shù)值 default:beep_count_end = 1639。 //其他情況不出聲 endcaseendelse beep_count_end = 1639。end//鬧鈴使能控制always (posedge clk) begin if (!keyen[0]) //判斷鬧鈴是否有取消 clktime_en = 139。 //鬧鈴響起后，需要手動關(guān)閉鬧鈴 else if ((clktime[23:0] = hour[23:0])amp。 clktime_en = 139。end 蜂鳴器模塊仿真功能仿真，記錄波形圖：通過上圖可以看出來，當(dāng)hour與clktime相等時，鬧鈴被觸發(fā)，經(jīng)過一段時間后，鬧鈴?fù)Ｖ构ぷ?，設(shè)計滿足要求。在此設(shè)計中占非常重要的地位，它是確保時間能直觀呈現(xiàn)的橋梁。下面輸入的端口為鬧鐘設(shè)定鍵被按下，七段數(shù)碼管會顯示鬧鐘設(shè)定情況下數(shù)碼管所對應(yīng)的數(shù)字。 顯示模塊實現(xiàn)//數(shù)碼管顯示內(nèi)容always (posedge clk)begin case({keyen[0],count1[3:1]}) //選擇掃描顯示數(shù)據(jù) 439。 //秒個位 439。 //秒十位 439。ha。d3:disp_dat = clktime[11:8]。d4:disp_dat = clktime[15:12]。d5:disp_dat = 439。 //顯示 439。 //時個位 439。 //時十位 439。 //秒個位 439。 //秒十位 439。ha。d11:disp_dat = hour[11:8]。d12:disp_dat = hour[15:12]。d13:disp_dat = 439。 //顯示 439。 //時個位 439。 //時十位 default:disp_dat = 439。 //顯示 endcase//數(shù)碼管選擇 case(count1[3:1]) //選擇數(shù)碼管顯示位 339。b11111110。d1:dig_r = 839。 //選擇第二個數(shù)碼管顯示 339。b11111011。d3:dig_r = 839。 //選擇第四個數(shù)碼管顯示 339。b11101111。d5:dig_r = 839。 //選擇第六個數(shù)碼管顯示 339。b10111111。d7:dig_r = 839。 //選擇第八個數(shù)碼管顯示 endcaseend//數(shù)碼管顯示always (posedge clk) begin case(disp_dat) 439。hc0。h1:seg_r = 839。 //顯示 1 439。ha4。h3:seg_r = 839。 //顯示 3 439。h99。h5:seg_r = 839。 //顯示 5 439。h82。h7:seg_r = 839。 //顯示 7 439。h80。h9:seg_r = 839。