VHDL数字时钟设计_通信电子-电子设计.pdf

-z-EDA课 程 设 计 设计题目：VHDL 数字时钟设计 系 部：电子信息与电气工程 年 级：12 级 班 级：自动化（1）班 姓 名：王廷弼 学 号：1205033015-z-VHDL 数字时钟设计 1、功能介绍 1）具有时、分、秒计数显示功能，以 24 小时循环计时。2）时钟计数显示时有 LED 灯的花样显示。3）具有调节小时、分钟及清零的功能。4）具有整点报时功能。2、总体方框图 3、性能指标及功能设计 1）时钟计数：完成时、分、秒的正确计时并且显示所计的数字；对秒、分 60 进制计数，即从 0 到 59 循环计数，时钟 24 进制计数，即从 0到 23 循环计数，并且在数码管上显示数值。2）时间设置：手动调节分钟、小时，可以对所设计的时钟任意调时间，这样使数字钟真正具有使用功能。我们可以通过实验板上的键 7 和键 4 进行任意的调整，因为我们用的时钟信号均是 1HZ 的，所以每 LED 灯变化一次就来一数字时钟 控制单元 使能端信号 输出信号 复位信号 LED 显示“花样”显示 CLK 信号 介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-个脉冲，即计数一次。3）清零功能：reset 为复位键，低电平时实现清零功能，高电平时正常计数。可以根据我们自己任意时间的复位。4）蜂鸣器在整点时有报时信号产生，蜂鸣器报警。产生“滴答.滴答”的报警声音。5）LED灯在时钟显示时有花样显示信号产生。即根据进位情况，LED 不停的闪烁，从而产生“花样”信号。4、方案选择 根据总体方框图及各部分分配的功能可知，本系统可以由秒计数器、分钟计数器、小时计数器、整点报时、分的调整以及小时的调整和一个顶层文件构成。采用自顶向下的设计方法，子模块利用 VHDL 语言设计，顶层文件用原理图的设计方法。显示：小时采用 24 进制，而分钟和秒均 60 进制。5、细化框图 根据自顶向下的方法以及各功能模块的的功能实现上述设计方案应系统细化框图：介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-6、编写程序、仿真和分析 1、秒计数器 1）VHDL 语言描述程序 LIBRARY IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY hour IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC;daout:out STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);END ENTITY hour;ARCHITECTURE fun OF hour IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);BEGIN daout=count;PROCESS(clk,reset)BEGIN IF(reset=0)THEN count=000000;若 reset=0，则异步清零 ELSIF(clkevent and clk=1)THEN 否则，若 clk 上升沿到 IF(count(3 DOWNTO 0)=1001)THEN 若个位计时恰好到“1001”即 9 IF(count16#23#)THEN 23 进制 count=count+7;若到 23D 则 数字时钟 控制单元 时调整 分调整 使能端信号 CLK 信号 时显示 分显示 秒显示 24 进制 60 进制 60 进制 LED 显示 整点报时 花样显示 介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-else count=000000;复 0 END IF;ELSIF(count16#23#)THEN 若未到 23D，则 count 进 1 count=count+1;ELSE 否则清零 count=000000;END IF;END IF（count（3 DOWNTO 0）=“1001”）END IF;END IF（reset=0）END PROCESS;END fun;2）秒计数器的仿真波形图 3）波形分析 利用 60 进制计数器完成 00 到 59 的循环计数功能，当秒计数至 59 时，再来一个时钟脉冲则产生进位输出，即 enmin=1；reset 作为复位信号低电平有效，即高电平时正常循环计数，低电平清零。因为这种 60 进制的 VHDL 语言是很好写的，它并不复杂，再说我们必须要学会这些基本的硬件语言的描写。2、分钟计数器 1）VHDL 语言描述程序 LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY minute IS PORT(clk,clk1,reset,sethour:IN STD_LOGIC;enhour:OUT STD_LOGIC;daout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END ENTITY minute;ARCHITECTURE fun OF minute IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SIGNAL enhour_1,enhour_2:STD_LOGIC;enmin_1 为 59 分时的进位信号 介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-BEGIN enmin_2 由 clk 调制后的手动调时脉冲信号串 daout=count;enhour_2=(sethour and clk1);sethour 为手动调时控制信号，高电平有效 enhour=(enhour_1 or enhour_2);PROCESS(clk,reset,sethour)BEGIN IF(reset=0)THEN 若 reset 为 0，则异步清零 count=0000000;ELSIF(clkevent and clk=1)THEN 否则，若 clk 上升沿到 IF(count(3 DOWNTO 0)=1001)THEN 若个位计时恰好到“1001”即 9 IF(count 16#60#)THEN 又若 count 小于 16#60#，即 60 IF(count=1011001)THEN 又若已到 59D enhour_1=1;则置进位为 1 count=0000000;count 复 0 ELSE count=count+7;若 count 未到 59D，则加 7，即作“加 6 校正”END IF;使前面的 16#60#的个位转变为 8421BCD 的容量 ELSE count=0000000;count 复 0（有此句，则对无效状态电路可自启动）END IF;END IF（count16#60#）ELSIF(count 16#60#)THEN count=count+1;若 count16#60#则 count 加 1 enhour_1=0 after 100 ns;没有发生进位 ELSE count=0000000;否则，若 count 不小于 16#60#count 复 0 END IF;END IF（count（3 DOWNTO 0）=“1001”）END IF;END IF（reset=0）END process;END fun;2）分钟计数器的仿真波形图 3）波形分析 小时计数模块利用 24 进制计数器，通过分钟的进位信号的输入可实现从 00介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-到 23 的循环计数。3、小时计数器 1）VHDL 语言描述程序 LIBRARY IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY hour IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC;daout:out STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);END ENTITY hour;ARCHITECTURE fun OF hour IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);BEGIN daout=count;PROCESS(clk,reset)BEGIN IF(reset=0)THEN count=000000;若 reset=0，则异步清零 ELSIF(clkevent and clk=1)THEN 否则，若 clk 上升沿到 IF(count(3 DOWNTO 0)=1001)THEN 若个位计时恰好到“1001”即 9 IF(count16#23#)THEN 23 进制 count=count+7;若到 23D 则 else count=000000;复 0 END IF;ELSIF(count16#23#)THEN 若未到 23D，则 count 进 1 count=count+1;ELSE 否则清零 count=000000;END IF;END IF（count（3 DOWNTO 0）=“1001”）END IF;END IF（reset=0）END PROCESS;END fun;2）小时计数器的仿真波形图 介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-3）波形分析 小时计数模块利用 24 进制计数器，通过分钟的进位信号的输入可实现从 00到 23 的循环计数。4、整点报时报警模块 1）VHDL 语言描述程序 LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY alert IS PORT(clk:IN STD_LOGIC;dain:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);speak:OUT STD_LOGIC;lamp:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);END alert;ARCHITECTURE fun OF alert IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);SIGNAL count1:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGIN speaker:PROCESS(clk)BEGIN speak=10)THEN count1=00;count1 为三进制加法计数器 ELSE count1=count1+1;END IF;END IF;END IF;介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-END PROCESS speaker;lamper:PROCESS(clk)BEGIN IF(rising_edge(clk)THEN IF(count=10)THEN IF(count=00)THEN lamp=001;循环点亮三只灯 ELSIF(count=01)THEN lamp=010;ELSIF(count=10)THEN lamp=100;END IF;count=count+1;ELSE count=00;END IF;END IF;END PROCESS lamper;END fun;2）整点报时模块仿真波形图 1）波形分析 由图知对于整点报时模块，当分钟计数至 59 时来一个时钟脉冲则产生一个进位信号，分钟计数到 00，此时产生报警信号持续一分钟。当有时钟脉冲时 lamp 显示灯就闪烁轮续点亮。7、全系统联调 1、数字时钟系统原理图 介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-2、数字时钟系统波形图仿真 介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数-z-8、总结 通过这次设计，进一步加深了对 EDA 的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是当每一个子模块编写调试成功时，心里特别的开心。但是在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是有错误，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。器件的选择也很重要,只有选择合适的器件,才能正确的编译,从而能更好的做好本次试验!通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。最后，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感！介绍具有时分秒计数显示功能以小时循环计时时钟计数显示时有灯的花样显示具有调节小时分钟及清零的功能具有整点报时功能总体方框图数字时钟输出信号复位信号显示花样显示控制单元使能端信号信号性能指标及功能设计时钟 且在数码管上显示数值时间设置手动调节分钟小时可以对所设计的时钟任意调时间这样使数字钟真正具有使用功能我们可以通过实验板上的键和键进行任意的调整因为我们用的时钟信号均是的所以每灯变化一次就来一个脉冲即计数 时有报时信号产生蜂鸣器报警产生滴答滴答的报警声音灯在时钟显示时有花样显示信号产生即根据进位情况不停的闪烁从而产生花样信号方案选择根据总体方框图及各部分分配的功能可知本系统可以由秒计数器分钟计数器小时计数