定时器VHDL设计(26页).doc
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1、-定时器 1.实验任务设计要求:整体清零;可以定时最高到99min;以秒速度递增至预定时间,以分速度递减至零。 总体框图如下图所示: clr 用来整体复位清零;clk 提供了秒信号,频率为1HZ(在仿真中取10MHZ);clky 是用来扫描输出的,选用频率大于50HZ的方波(为便于观察结果,在仿真中取10MHZ);set是用来置位的,低电平时有效,将以秒的速度,从零递增到所需定时的时间,为高电平时以分的速度递减,实现定时,直到零,定时结束;alm 输出高电平,可启动各种电路或发出警报。时间的变化都将在数码管上显示出来。 2.模块及模块功能 模块AAA见下图示。它是核心模块,用来实现定时器的逻辑
2、功能,计数结果用十进制数输出。LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; USE ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY aaa IS PORT(clk, clr, set: in std_logic; alm: out std_logic; q1,q0: out std_logic_vector(3 downto 0);END aaa;ARCHITECTURE aaa_arc OF aaa ISBEGIN PROCESS (clk,clr) variable cnt1,cnt0:std_logic_vector(3 do
3、wnto 0); variable cnt: integer range 0 to 59; BEGIN IF clr=0 THEN -整体复位 alm=0; cnt:=0; cnt1:=0000; cnt0:=0000; ELSIF clkEVENT AND clk=1 THEN -设计数初值 IF set=0 THEN cnt:=0; IF cnt01001 THEN cnt0:=cnt0+1; ELSE cnt0:=0000; IF cnt11001 THEN cnt1:=cnt1+1; ELSE cnt1:=0000; END IF; END IF; ELSE IF cnt0000 TH
4、EN cnt0:=cnt0-1; IF cnt1=0000 AND cnt0=0000 THEN -判断计时是否结束 alm0000 THEN cnt1:=cnt1-1; ELSE cnt1:=1001; END IF; END IF; END IF; END IF; END IF; q0=cnt0; q1=cnt1; END PROCESS;END aaa_arc; 模块CH如下图示。由于只用了两个数码管,所以片选信号直接接一个较快的时钟。此模块的功能是对应片选信号,送出要显示的数据。LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;ENTITY ch IS
5、PORT(sel:in std_logic; a1,a0:in std_logic_vector(3 downto 0); q:out std_logic_vector(3 downto 0);END ch;ARCHITECTURE ch_arc OF ch ISBEGIN PROCESS(sel,a0,a1) BEGIN IF sel=0 THEN q=a0; ELSE qqqqqqqqqqqq=0000000; END CASE; END PROCESS;END disp_arc; 3.仿真结果分析总体仿真结果如下:由图可见,clr =0可实现整体复位功能。set =0,输出以秒的速度从零
6、递增。 本图中当递增到26后,set =1,输出经60分频后以分的速度递减,实现定时,直到零,定时结束。定时结束后,clm =1,此时可启动各种电路或发出报警,定时结束。clr =0,整体复位,clm =0。该设计采用动态扫描电路,经过二选一模块将结果显示出来。从上图可见,q交替输出两位结果。sel=1时输出高位,sel=0时输出低位。自动售货机控制器一、设计一个自动售货机的控制电路。该自动售货机销售价格为25美分的糖果,利用有限状态机进行电路设计。控制器的输入输出如图所示: 输入信号是nickel_in(投入5美分),dime_in(投入10美分),quarter_in(投入25美分)。另外
7、两个必要的输入是clk(时钟)和rst(复位)。控制器相应的有3个输出:candy_out用于控制发放糖果, nickel_out用于控制找回5美分的零钱, dime_out用于控制找回10美分的零钱。025510152040453035ninininiqiqiqiqiqinododino+codo+cocodidididini自动售货机控制器的顶层电路图和状态转移图信号说明:ni=nickel_in, di=dime_in, qi=quarter_in, no=nickel_out, do=dime_out, co=candy_out 上图给出了有限状态机的状态转移图。圆圈里的数代表顾客投进
8、来的总钱数(接受5美分、10美分或25美分的硬币)。状态0是空闲状态。从它开始,如果投入5美分硬币,将跳转到状态5;如果投入10美分硬币,将跳转到状态10;如果投入25美分硬币,将跳转到状态25。随着投币数量的增加,状态不断跳转,如果投入的币值达到25美分,就可以进入状态25,然后售货机会发放糖果,并跳转回状态0。如果投入的币值超过了25美分,那么售货机要进入与找零钱相关的状态。例如,当投入的币值达到40美分时,需要先退出5美分硬币(进入状态35),然后再退出10美分,发放糖果并进入状态0。二、该设计的VHDL源码如下:在代码中定义了枚举类型state,它包含10个状态,所以至少需要用4位对其
9、进行编码(将产生4个寄存器)。在默认状态下,编译器将按照它们的排列顺序对其进行编码,所以有st0=”0000”(十进制的0),st5=”0001”(十进制的1),和st45=”1001”(十进制的9)。在仿真中,这些数字将替代状态的名称出现在仿真波形中。 LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;ENTITY vending_machine IS PORT (clk, rst:IN STD_LOGIC; nickel_in, dime_in, quarter_in: IN BOOLEAN; candy_out, nickel_out, dime_out:
10、 OUT STD_LOGIC);END vending_machine;ARCHITECTURE fsm OF vending_machine IS TYPE state IS(st0,st5,st10,st15,st20,st25,st30,st35,st40,st45); SIGNAL present_state,next_state: STATE;BEGIN PROCESS(rst,clk) BEGIN IF(rst=1) THEN present_state=st0; ELSIF (clkEVENT AND clk=1) THEN present_state candy_out=0;
11、nickel_out=0; dime_out=0; IF(nickel_in) THEN next_state=st5; ELSIF(dime_in) THEN next_state=st10; ELSIF(quarter_in) THEN next_state=st25; ELSE next_state candy_out=0; nickel_out=0; dime_out=0; IF(nickel_in) THEN next_state=st10; ELSIF(dime_in) THEN next_state=st15; ELSIF(quarter_in) THEN next_state=
12、 st30; ELSE next_state candy_out=0; nickel_out=0; dime_out=0; IF(nickel_in) THEN next_state=st15; ELSIF(dime_in) THEN next_state=st20; ELSIF(quarter_in) THEN next_state=st35; ELSE next_state candy_out=0; nickel_out=0; dime_out=0; IF(nickel_in) THEN next_state=st20; ELSIF(dime_in) THEN next_state=st2
13、5; ELSIF(quarter_in) THEN next_state=st40; ELSE next_state candy_out=0; nickel_out=0; dime_out=0; IF(nickel_in) THEN next_state=st25; ELSIF(dime_in) THEN next_state=st30; ELSIF(quarter_in) THEN next_state=st45; ELSE next_state candy_out=1; nickel_out=0; dime_out=0; next_state candy_out=1; nickel_out
14、=1; dime_out=0; next_state candy_out=1; nickel_out=0; dime_out=1; next_state candy_out=0; nickel_out=1; dime_out=0; next_state candy_out=0; nickel_out=0; dime_out=1; next_state=st35; END CASE; END PROCESS;END fsm;三、仿真结果分析仿真结果如下图示:由上图可以看到:第一个周期内,一共投入了3个5美分硬币和1个25美分硬币。在第一个5美分硬币投进去后的第一个时钟上升沿出现时,有限状态机的状
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