基于DE0的多功能数字钟设计方案(共21页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上 基于DE0的数字钟设计方案1.方案内容Ø 1.完成基本功能：以数字形式显示时、分、秒的时间；小时计数器为同步24进制 手动校时、校分Ø 2.扩展功能：任意时刻闹钟； 小时显示（12/24）切换电路Ø 3.扩展仿电台报时，秒表高级功能Ø 4.添加年月日，显示日期，手动较准日期Ø 5.整体调试和测试2设计原理图 闹钟原理图秒表原理图 显示切换模块 年月日处理流程图开关分配3.代码分析主程序（顶层模块）module clock(led0,led1,led2,led3,dot,led_sec,_50mhzin,alarm,sethrkey,setminkey, ctrbell,adjminkey,adjhrkey,adjy,adjm,adjd,button,ncr,start_stpw,pause,h12,hstop,hour12);/*定义各输入输出变量 led0，led1，led2，led3：四位七段数码管显示的数字； dot：隔开小时与分钟的点，没清零是总是亮 led_sec:八个发光二极管显示的两位BCD码数字 button：模式切换按钮 alarm：控制蜂鸣器发声的信号 setthrkey,setminkey,adjminkey,adjhrkey,dady,adjm,adjd:设定闹钟，校时，校日期 ctrlbell：闹钟响铃使能 ncr：清零，初始化 start_stpw：秒表启停 pause：秒表暂停 h12：12/24小时制切换 hstop：秒表状态显示，分配第九个led灯 hour12：12小时制显示，分配第十个led灯，灯亮时，表示小时为十二小时制*/ input _50mhzin; input sethrkey,setminkey,ctrbell; input adjminkey,adjhrkey; input adjy,adjm,adjd; input button,h12; input ncr,start_stpw,pause; output 6:0led0,led1,led2,led3;wire 7:0 led_a,led_b; wire _1hz,_500hz,_1khz,_5hz; wire 7:0 hour,minute,second,set_hr,set_min,stpw_sec,stpw_dsec,year,month,day; /分别为小时，分钟，秒，闹钟的小时、分钟，秒表的秒、分秒 ，年，月，日。 wire alarm_clock,alarm_r; /alarm_clock:闹钟信号，alarm：仿电台报时信号 output alarm; output dot,hstop,hour12; wire dot,h12,hstop; output 7:0led_sec; assign dot=ncr; assign hstop=start_stpw; assign hour12=h12; /以上三个状态控制显示变量 divided_frequency u0(_1hz,_500hz,ncr,_50mhzin);/调用分频模块，将50Mhz分为1hz，500hz top_clock u1(hour,minute,second,_1hz,ncr,adjminkey,adjhrkey,_50mhzin); /顶层时钟模块，控制时钟显示与校时bell u2(alarm_clock,set_hr,set_min,hour,minute,second,sethrkey,setminkey,_50mhzin, _500hz,_1hz,ctrbell);/闹钟模块：设定闹钟，控制闹铃 divfreq50M_1Khz u3(_1khz,ncr,_50mhzin);/分频模块，50Mhz分成1Khz，用在驱动蜂鸣器 ring u4(alarm_r,minute,second,_1khz,_500hz);/仿电台报时模块 assign alarm=alarm_clock|alarm_r;/蜂鸣器驱动信号 SEG7_LUT u8(led_a7:4,led3); SEG7_LUT u9(led_a3:0,led2); SEG7_LUT u10(led_b7:4,led1); SEG7_LUT u11(led_b3:0,led0);/以上四行是led数码管显示模块 display u12(_500hz,_5hz,ncr,led_a,led_b,led_sec,hour,minute,second,set_hr,set_min,stpw_sec,stpw_dsec,year,month,day ,button,h12);/显示切换模块，模式控制 stopwatch u13(stpw_sec,stpw_dsec,start_stpw,pause,_50mhzin);/秒表模块 date u14(year,month,day,ncr,hour,minute,second,_5hz,adjy,adjm,adjd);/年月日模块 divfreq50M_5hz u15(_5hz,ncr,_50mhzin);/50Mhz到5hz分频模块，用于校时脉冲endmodule顶层时钟模块module top_clock(hour,minute,second,_1hz,ncr,adjminkey,adjhrkey,_50mhzin); input _1hz,_50mhzin,ncr,adjminkey,adjhrkey; output 7:0 hour,minute,second; wire 7:0 hour,minute,second;/时、分、秒每个用八位二进制表示两位BCD码 supply1 vdd; /高电平，是使能一直打开 wire mincp,hrcp,_5hz;/_5hz用于快速校时 divfreq50M_5hz ut0(_5hz,ncr,_50mhzin); counter60 ut1(second,ncr,vdd,_1hz); counter60 ut2(minute,ncr,vdd,mincp);/秒和分使用60进制 counter24 ut3(hour7:4,hour3:0,ncr,vdd,hrcp);/时钟为24进制（默认） assign mincp=adjminkey?_5hz:(second=8'h59); assign hrcp=adjhrkey?_5hz:(minute,second=16'h5959);/进位或校时使能控制endmodule闹钟模块module bell(alarm_clock,set_hr,set_min,hour,minute,second, sethrkey,setminkey,_50mhzin,_500hz,_1hz,ctrlbell); output alarm_clock;/蜂鸣器驱动信号 output 7:0 set_hr,set_min; wire 7:0 set_hr,set_min;/闹钟的时和分 wire alarm_clock; input _50mhzin,_500hz,_1hz; input sethrkey,setminkey;/设定闹钟时分的按钮 input ctrlbell; input 7:0 hour,minute,second; supply1 vdd;/高电平是闹钟使能一直有效 wire hrh_equ,hrl_equ,minh_equ,minl_equ;/中间变量，判断闹钟时刻是否已到 wire time_equ,_5hz;/闹钟时刻到来的标志 divfreq50M_5hz su0(_5hz,1,_50mhzin); counter60 su1(set_min,vdd,setminkey,_5hz);/设定闹钟分 counter24 su2(set_hr7:4,set_hr3:0,vdd,sethrkey,_5hz);/设定闹钟时 compare su3(hrh_equ,set_hr7:4,hour7:4); compare su4(hrl_equ,set_hr3:0,hour3:0); compare su5(minh_equ,set_min7:4,minute7:4); compare su6(minl_equ,set_min3:0,minute3:0);/四位数值都等是，表示闹钟时刻到 assign time_equ=(hrh_equ&&hrl_equ&&minh_equ&&minl_equ); assign alarm_clock=ctrlbell?/闹钟时刻到,控制蜂鸣器发声(间隔1秒,频率500hz)，否则继续 (time_equ&&(second0=1'b1)&&_500hz)|(second0=1'b0)&&_50mhzin):1'b0; Endmodule秒表模块module stopwatch(stopwatch_sec,stopwatch_dsec,ncr,pause,_50mhz); output 7:0 stopwatch_sec,stopwatch_dsec;/秒表的秒和分秒,BCD码表示 wire 7:0 stopwacth_sec,stopwatch_dsec; input ncr,pause,_50mhz; wire _100hz,eny; assign eny=(stopwatch_dsec=8'h99);/分秒想秒进位使能 divfreq50M_100hz stpw1(_100hz,ncr,_50mhz); counter100 stwp2(stopwatch_dsec,ncr,pause,_100hz); counter100 stwp3(stopwatch_sec,ncr,2'b1,eny);/两个100进制计数器,最多可计100秒 endmodule日历模块/*由于只有四位数码管,将数码管分配给月日显示,而年采用两位表示,范围为(20002099年),取后两位,用BCD码表示,再八位LED二极管上显示*/module date(year,month,day,ncr,hour,minute,second,_5hz,adjy,adjm,adjd); input ncr,_5hz;/5hz用于快速校日历 input 7:0 hour,minute,second; input adjy,adjm,adjd;/校准按钮 output 7:0 year,month,day; wire 7:0 year,month,day; wire ena,cpy,en,enm;/进位使能控制 assign en=(adjd=1'b1)?_5hz:(hour=8'h00)&&(minute=8'h00)&&(second=8'h00); /当校日有效时,5hz的的脉冲使日快速调整.其它有零点零分零秒向日进位 assign ena=(month=8'h01)|(month=8'h03)|(month=8'h05)|(month=8'h07)| (month=8'h08)|(month=8'h10)|(month=8'h12)&&(day=8'h31)| (month=8'h04)|(month=8'h06)|(month=8'h09)|(month=8'h11)&&(day=8'h30)| (year%4=0)&&(month=8'h02)&&(day=8'h29)| (year%4!=0)&&(month=8'h02)&&(day=8'h28);/判断最后一日 assign enm=(adjm=1'b1)?_5hz:(month=8'h01)|(month=8'h03)|(month=8'h05)|(month=8'h07)| (month=8'h08)|(month=8'h10)|(month=8'h12)&&(day=8'h31)| (month=8'h04)|(month=8'h06)|(month=8'h09)|(month=8'h11)&&(day=8'h30)| (year%4=0)&&(month=8'h02)&&(day=8'h29)| (year%4!=0)&&(month=8'h02)&&(day=8'h28) &&(hour=8'h00)&&(minute=8'h00)&&(second=8'h00); /月时钟脉冲 assign cpy=(adjy=1'b1)?_5hz:(month0);/年时钟脉冲 day uc0(day,ncr,1,ena,en);/日计数模块 month uc1(month7:4,month3:0,ncr,1,enm);/月计数模块 year uc2(year7:4,year3:0,ncr,1,cpy);/年计数模块 endmodule module day(day,ncr,en,eny,cp); input cp,ncr,en,eny; output 7:0day; reg 7:0day; always(negedge cp or negedge ncr) begin if (ncr) day<=8'h00; else if(en) day<=day; else if (day7:4>2'd3)|(day3:0>4'd9)|(day7:4=2'd3)&&(day3:0>=2'd1) begin day<=8'h01; end/如果超越31,则清到1日 else if (eny)/eny/判断哪一天为一个月的最后一天 begin day<=8'h01; end/若为最后一天,则清到第一天 else if(day3:0=4'd9) begin day7:4<=day7:4+1'b1; day3:0<=1'b0; end else begin day3:0<=day3:0+1'b1; day7:4<=day7:4; end endendmodulemodule month(cntc,cntd,ncr,en,cp); input cp,ncr,en; output 3:0 cntc,cntd; reg 3:0 cntc,cntd; always(posedge cp or negedge ncr) begin if (ncr) cntc,cntd<=8'h00; else if(en) cntc,cntd<=cntc,cntd; else if(cntc>1'b1)|(cntd>4'h9)|(cntc=1'b1)&&(cntd>=2'd3) begin cntc,cntd<=8'h01; end/超越12月,则清到一月 else if (cntc,cntd=8'h12) begin cntc,cntd<=8'h01; end/到12月,再清到一月,循环 else if(cntd=9) begin cntc<=1'b1;cntd<=1'b0; end else begin cntd<=cntd+1'b1; cntc<=cntc; end/BCD码下的进位控制 endendmodule module year(cntc,cntd,ncr,en,cp); input cp,ncr,en; output 3:0 cntc,cntd; reg 3:0 cntc,cntd; always(negedge cp or negedge ncr) begin if (ncr) cntc,cntd<=8'h00; else if(en) cntc,cntd<=cntc,cntd; else if( (cntc=9)&&(cntd=9) begin cntc,cntd<=8'h00; end/最高计到2099年,到最后一年则清到2000年 else if(cntd=4'd9) begin cntd<=1'b0; cntc<=cntc+1'b1; end else begin cntc<=cntc; cntd<=cntd+1'b1; end endendmodule 显示模式切换模块module display(_50mhz,_5hz,cr,led_a,led_b,led_sec,hour,minute,second,set_hr,set_min,stpw_sec,stpw_dsec ,year,month,day,button,h12);input 7:0hour,minute,second;/时分秒input 7:0set_hr,set_min;/闹钟时分input 7:0stpw_sec,stpw_dsec;/秒表秒,分秒input 7:0 year,month,day;/年月日input _50mhz,cr,button,_5hz;output 7:0led_a,led_b,led_sec;/数码管显示缓存input h12;/12,24小时制切换reg 7:0led_a,led_b,led_sec;reg 2:0mod;/模式变量always(posedge button)beginif(cr)mod=3'b000;elsebeginif(mod>=3'b011)mod<=3'b0;else mod<=mod+3'b001;/四个显示模式循环,按一下botton,切换一次endendalways(posedge _50mhz)begincase(mod)3'b000:begin led_b=minute;led_sec=second;/模式0,显示时分秒 if(h12)begin led_a=hour;led_b=minute;led_sec=second;end else case(hour)8'h13,8'h14,8'h15,8'h16,8'h17,8'h18,8'h19,8'h22,8'h23,8'h24:led_a=hour-8'h12;8'h20:led_a=8'h08;8'h21:led_a=8'h09;default:led_a=hour;endcase end/12/24小时切换,24到12,相应BCD码减3'b001:begin led_a=set_hr;led_b=set_min;led_sec=8'b0;end/显示闹钟设定的时 /分,led灯全灭3'b010:begin led_a=stpw_sec;led_b=stpw_dsec;led_sec=_5hz;end /显示秒表秒,分秒,第一位led灯以5hz的频率闪烁3'b011:begin led_a=month;led_b=day;led_sec=year;end/显示年月日endcaseendendmodule数码管译码显示模块module SEG7_LUT(iDIG,oSEG);input3:0iDIG;output6:0oSEG;reg6:0oSEG;always (iDIG)begincase(iDIG)4'h1: oSEG = 7'b;/ -t-4'h2: oSEG = 7'b; / | |4'h3: oSEG = 7'b; / lt rt4'h4: oSEG = 7'b; / | |4'h5: oSEG = 7'b; / -m-4'h6: oSEG = 7'b; / | |4'h7: oSEG = 7'b; / lb rb4'h8: oSEG = 7'b; / | |4'h9: oSEG = 7'b; / -b-4'ha: oSEG = 7'b;4'hb: oSEG = 7'b;4'hc: oSEG = 7'b;4'hd: oSEG = 7'b;4'he: oSEG = 7'b;4'hf: oSEG = 7'b;4'h0: oSEG = 7'b;endcaseendendmodule仿电台报时模块module ring(alarm_r,minute,second,_1khz,_500hz);input _1khz,_500hz;wire _1khz,_500hz;input 7:0minute,second;output alarm_r;reg alarm_r;always (1)if(minute=8'h59)case(second)8'h50,8'h52,8'h54,8'h56:alarm_r=_500hz;8'h58:alarm_r=_1khz;default:alarm_r=1'b0;/快到整点时,蜂鸣器先以500hz低音响四声,间隔为1s再以1kz响一声endcaseelse alarm_r=1'b0;/当alarm=0时,蜂鸣器不响endmodule比较模块module compare(equ,a,b); input 3:0 a,b; output equ; assign equ=(a=b);endmodule分频模块50M_1Khzmodule divfreq50M_1Khz(_1khzout,ncr,_50mhzin); input _50mhzin,ncr; output _1khzout; reg _1khzout; reg15:0 cnt; always (posedge _50mhzin ) begin if(ncr) _1khzout<=1'b0; else begin if(cnt=16'd24999) begin _1khzout=_1khzout;cnt<=16'b0;end/50000分频 else cnt<=cnt+1'b1; end endendmodule50M_100hzmodule divfreq50M_100hz(_100hzout,ncr,_50mhzin); input _50mhzin,ncr; output _100hzout; reg _100hzout; reg18:0 cnt; always (posedge _50mhzin ) begin if(ncr) _100hzout<=1'b0; else begin if(cnt=19'd) begin _100hzout=_100hzout;cnt<=19'b0;end/50万分频 else cnt<=cnt+1'b1; end endendmodule50M_5hzmodule divfreq50M_5hz(_5hzout,ncr,_50mhzin); input _50mhzin,ncr; output _5hzout; reg _5hzout; reg24:0 cnt; always (posedge _50mhzin ) begin if(ncr) _5hzout<=1'b0; else begin if(cnt=25'd) begin _5hzout=_5hzout;cnt<=25'b0;end/一千万分频 else cnt<=cnt+1'b1; end endendmodule50M_1hzmodule divided_frequency(_1hzout,_500hzout,ncr,_50mhzin); input _50mhzin,ncr; output _1hzout,_500hzout; supply1 vdd; wire11:0 q; wire _1khzin; wire en1,en2; divfreq50M_1Khz du00(_1khzin,ncr,_50mhzin);/先调用1khz分频 counter10 du0(q3:0,ncr,vdd,_1khzin); counter10 du1(q7:4,ncr,en1,_1khzin); counter10 du2(q11:8,ncr,en2,_1khzin);/再调用三个10计数器,将1khz分为1hz assign en1=(q3:0=4'h9); assign en2=(q7:4=4'h9)&&(q3:0=4'h9); assign _1hzout=q11; assign _500hzout=q0; endmodule计数器模块module counter10(q,ncr,en,cp);/模十 input cp,ncr,en; output 3:0 q; reg 3:0 q; always(posedge cp or negedge ncr) begin if(ncr) q<=4'b0000; else if (en) q<=q; else if(q=4'b1001) q<=4'b0000; else q<=q+1'b1; endendmodulemodule counter6(q,ncr,en,cp);/模6 input cp,ncr,en; output 3:0 q; reg 3:0 q; always(posedge cp or negedge ncr) begin if(ncr) q<=4'b0000; else if (en) q<=q; else if(q=4'b0101) q<=4'b0000; else q<=q+1'b1; endendmodulemodule counter60(cnt,ncr,en,cp);/模60 input cp,ncr,en; output 7:0 cnt; wire 7:0 cnt; wire enp; counter10 uc0(cnt3:0,ncr,en,cp); counter6 uc1(cnt7:4,ncr,enp,cp);/模60计数器有一个模10,一个模6计数器组成 assign enp=(cnt3:0=4'h9);endmodulemodule counter100(cnt,ncr,en,cp);/模100 input cp,ncr,en; output 7:0 cnt; wire 7:0 cnt; wire enp; counter10 uc0(cnt3:0,ncr,en,cp); counter10 uc1(cnt7:4,ncr,enp,cp);/模100计数器由两个模10计数器组成 assign enp=(cnt3:0=4'h9);endmodulemodule counter24(cnth,cntl,ncr,en,cp);/模24 input cp,ncr,en; output 3:0 cnth,cntl; reg 3:0 cnth,cntl; always(posedge cp or negedge ncr) begin if (ncr) cnth,cntl<=8'h00; else if(en) cnth,cntl<=cnth,cntl; else if (cnth>2)|(cntl>9)|(cnth=2)&&(cntl>=3) begin cnth,cntl<=8'h00; end/超越24,则清零 else if(cnth=2)&&(cntl<3) begin cnth<=cnth; cntl<=cntl+1'b1; end else if(cntl=9) begin cnth<=cnth+1'b1; cntl<=4'b0000; end else begin cnth<=cnth; cntl<=cntl+1'b1; end end endmodule4.设计过程在数字钟设计过程中,依照方案内容一步一步做下来.实验都再Quartus9.1平台上做,使用的硬件是DE0开发板(外扩一个蜂鸣器).(1) 打开Quartus9.1软件,创建工程,具体过程不赘述.(2) 创建verilog文件,编写代码.(3) 由于程序规模比较大,故采用分步分块编写,调试的步骤.首先实现基本的时钟模块,实现校时,校分.时钟模块需要分频,计数子模块,这些分别单独编写.可由不同的成员写.(4) 建立好基本时钟模块,先分析工程,有错误,则调试.直到0错误.然后分配引脚,编译.若编译有错,则根据错误提示进行修改.若编译成功,就可以上板子测试.(5) 在DE0板上测试,功能正常,则进入下一功能设计.若有问题,则分析代码逻辑,不断修改,编译,调试,直到DE0板上实现预定的功能.(6) 依照上面的步骤,一次完成任意时刻闹钟,仿电台报时,秒表,年月日功能模块.(7) 在上面各个模块完成后,进行组合全编译,完整功能测试.查手册,统一分配引脚,DE0板测试.5.测试与分析实验分步骤测试.(1) 测试时钟,秒由两位BCD码表示,每位有四位2进制表示.用八位led等显示.测试结果表明,秒钟每秒跳动一次,时分秒进位正常,校时,校分功能正常.测试12/24模式切换，上拉左边第二个开关，左边第一个led灯亮，表明进入12小时模式。如小时为23，则显示11时。(2)测试闹钟先测试闹钟设置功能,调整到mod1,进入闹钟模式.每按一下闹钟时设置按钮,时向前进一，并能24循环。每按一下闹钟分设置按钮，分向前进一，并能60循环。到了闹钟设定的时间，蜂鸣器响起。以1kh频率鸣叫，间隔一秒。若不拉下ctrlbell开关，则鸣叫一分钟。若拉下ctrlbell开关，则立刻停止响铃。表明闹钟功能正常。（3）测试秒表按button按钮，调整到mod2，进入秒表模式。此时最右边的一个led灯以5hz频率闪烁。上拉左边第三个拨码开关，秒表启动，并且左边第二个led灯指示亮，低两位数码管数字飞快跳转，高两位数码管显示秒，每秒跳一下。上拉左边第四个拨码开关，秒表暂停，数字显示停止的秒数，可以精确到百分之一秒。上拉左边第四个拨码开关，秒表继续跑起来。上拉左边第四个拨码开关，秒表停止，并把时间清零。测试结果说明秒表功能正常。（4）测试日历按button按钮，调整到mod3，进入日历模式。右边第六个开关校年