FPGA创新实验设计报告hew.docx

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1、数字电子技术实验课程FPGA创新实验设计报告设计名称 上下课课铃声模模拟系统统 姓 名名 林嘉颖颖 金金延鑫 学 号号 3099010007668 33090010441822 专业班级 机械电电子工程程09002 指导教师 樊伟敏敏 日 期 20011.6.66 浙江大学电电工电子子基础实实验中心心一摘要 通通过QUUATUURS 软件的的程序编编译及FFPGAA的应用用，模拟拟出浙江江大学紫紫金港校校区的上上下课铃铃系统。该系统分为为两部分分：电子子钟部分分和铃声声部分电子钟部分分将实现现二十四四小时计计时，时时间设置置等功能能。铃声声部分将将实现特特定时间间（如上上课时间间）响起起特定铃

2、铃声功能能。二 关键词词 时序序电路 时钟系系统 调调节装置置 声音音系统 QUAATURRS应用用三 正文上下课铃声系统时钟系统铃声系统时钟部分铃声选择时钟调试分频器音频转换音频调试触发器上下课铃声3.1 设设计思路路整个上下课课铃响可可分为时时钟系统统和铃声声系统两两大部分分。时钟系统：时钟部分分分为铃声声选择器器，时间间调试部部分，时时钟部分分等三大大模块。1时钟部分分时钟部分实实现244小时时时钟运行行及循环环功能，按按照1：60时时间进行行缩放，其其中LEED灯表表示小时时数，采采用244进制计计数器实实现；lled灯灯两位表表示分钟钟数，采采用600进制计计数器实实现，计计数频率率

3、设置为为1HZZ，以节节省时间间。此部部分设置置能完全全模拟时时钟循环环功能，即即分钟部部分逢六六十进一一，时钟钟部分逢逢24归归零，同同时233：599后自动动返回000:0002 时间调调试部分分时间调试部部分实现现时间暂暂停，移移位调试试时间（其其中移到到的位置置会发生生闪烁），时时间设置置等功能能，具有有调试目目标明确确，调试试时间不不会超过过时钟表表示范围围等优点点。使用方法：将cllr置为为0之后后，可以以发现时时钟十位位在闪烁烁，此时时通过按按trff键可以以将闪烁烁点移到到下一个个即时钟钟个位，以以此类推推。在移移到自己己想调节节的位置置以后通通过按住住pluus键，每每一个秒

4、秒脉冲之之后可以以发现该该数加一一，加到到九跳回回一。通过一些条条件语句句，防止止了当时时钟十位位等于22时，时时钟个位位不会大大于3；时钟个个位大于于3时，时时钟十位位不会等等于2。3 铃声选选择器：根据紫金港港校区上上下课的的时间，制制成铃声声选择器器。以下为响铃铃时间安安排表：上课铃下课铃8:008:458:509:359:5010:35510:40011:25511:30012:15513:15514:00014:05514:50014:55515:40015:55516:40016:45517:30018:30019:15519:20020:05520:10020:555根据时间表表

5、在相应应时间，铃铃声响起起。铃声部分铃声部分分分为JKK触发器器，分频频器，铃铃声部分分，选择择器，音音频调试试，音频频转换器器，六个个模块。1 分频器器分频器将550MHHZ的脉脉冲电路路调节到到合适的的频率，在在铃声系系统部分分中需使使用两次次，一次次为对上上下课铃铃音频电电路的触触发（11HZ）,一次为为音频转转换器的的触发（6625000000HZ）.2 铃声部部分铃声部分设设置成上上课铃和和下课铃铃两个子子模块，分分别存放放上下课课铃的乐乐谱。3音频调试试电路根据十二平平均律将将两个八八度共十十六个音音符设置置成相应应的频率率。使其其转换成成相应的的音高。4音频转换换器原理为一个个计

6、数器器，通过过脉冲电电路将每每次的音音符转换换成相应应的频率率，通过过小喇叭叭输出。5 JK触触发器整个音乐系系统的开开始与停停止通过过两个JJK触发发器来控控制。原理如图当选择器发发出信号号时，第第一个JJK触发发器中JJ通道接接高，KK通道为为0，QQ输出高高电平，使使第二个个JK触触发器触触发（第第二个JJK触发发器设置置成T触发器器）此后后即使第第一个触触发器中中J=00.Q11状态保保持，仍仍为1.在铃声部分分设置逻逻辑出口口K,当当输出最最后一个个音符时时，k=1,反反馈到第第一个JJK触发发器的KK端上，此此时Q11=0，使使第二个个触发器器清零，停停止向铃铃声部分分输送脉脉冲信

7、号号。铃声声停止。32实验验原理图图展示时钟部分铃声部分综合电路3.3仿真真波形及及分析Trf仿真真波形由图可知，每每一个ttrf下下降沿使使trffo从33减到00再到33从而实实现循环环，当cclr变变为0了了之后，ttrfoo立即变变为3。SS仿真波波形15为变暗暗。由图图可知，假假定pllus键键按住，ttrfoo为3，因因此h_hi从从0开始始加到55，然后后放开ppluss之后hh_hii交替55与155，说明明正在闪闪烁。假假定当按按下trrf，ttrfoo变为22，即闪闪烁从hh_hii改为hh_loo，同样样trffo为11时，闪闪烁m_hi。SZ仿真波波形上三图为时时钟正常

8、常工作时时的输出出。上图为当cclr为为1，按按pluus的时时候，当当trffo为33,2,1时hh_hii，h_lo，mm_hii的数值值的增加加。Lj仿真波波形当时间为008:000,008:445时分分别输出出tmpp1，ttmp22为100和011，当下下一个脉脉冲到来来，088:000变成000:000之后后，tmmp1，ttmp22为000。通过过tmpp1与ttmp22实现上上下课铃铃的控制制。Nackllasss，voorkllasss仿真波波形通过clkk可以实实现放歌歌曲，当当歌曲结结束时kk=1，此此时通过过jk触触发器使使clkk停止，等等到下一一个ljj模块中中的t

9、mmp1，ttmp22的信号号到来，cclk重重新开始始，此时时通过条条件语句句时cnnt归零零，重新新放歌曲曲。3.4源程程序及注注释1 分频器器（500MHZZ=88MHZZ）LIBRAARY IEEEE;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_111644.ALLL;ENTITTY ffenppinqqi IISPORT(clkk:INN STTD_LLOGIIC;clk_oout:OUTT STTD_LLOGIIC);END ffenppinqqi;ARCHIITECCTURRE ffwm OF fennpinnqi ISCONSTTANTT m : IINTEEGERR:=4

10、4;-wheen wwe nneedd 8MM HZZ。INNTEGGER=625500000whhen we neeed 22HZSIGNAAL ttmp :STTD_LLOGIIC;BEGIINPROCCESSS(cllk, tmpp)VARRIABBLE couut : INNTEGGER:=0;BEGGIN IFF cllkEEVENNT AAND clkk=11 TTHENN coout:=coout+1;IIF ccoutt=mm THHEN tmpp=0;EELSIIF ccouttm*2 TTHENN tmmp=1;EELSEE coout:=0;EEND IF; ENND I

11、IF; END PROOCESSS; clk_outt=ttmp;END ffwm;2 JK触触发器LIBRAARY IEEEE;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_111644.ALLL;ENTITTY JJANDDK IISPORT (cllr,cclk,j,kk:INN STTD_LLOGIIC; q, qnn : outt STTD_LLOGIIC); ENND JJANDDK; ARRCHIITECCTURRE CCONTTROLL OFF JAANDKK ISSSIGNAAL TTMP : SSTD_LOGGIC;BEGINNPROCEESS(clrr,cllk,jj,

12、k)BEGIIN iif cclr=0 thhen TMPP=0;elsIIF (clkkEVVENTT ANND cclk=0) TTHENNIF (j=1)annd(kk=11)theen TTMP= NNOT TMPP;-J=11K=11翻转）ELSIIF (j=1)annd(kk=00)theen TTMP= 1; -J=11K=00置高ELSIIF (j=0)annd(kk=11)theen TTMP= 0; -J=11K=11置零END IF;END IF;END PROOCESSS;q= TMPP;qn= NOOT TTMP;END CONNTROOL;3下课铃LIBRAARY

13、IEEEE;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_111644.ALLL;ENTITTY nnachhklaass ISPORT( cllk,ttempp1:IIN SSTD_LOGGIC;tone_inddex:OUTT INNTEGGER RANNGE 0 TTO 115;k:OUTT STTD_LLOGIIC);END nnachhklaass;ARCHIITECCTURRE mmeloody OF nacchkllasss ISSSIGNAAL ccnt:INTTEGEER RRANGGE 00 TOO 499:=00;signaal kkk:SSTD_LOGGIC:=00;

14、BEGINNPROCEESS(clkk,cnnt)BEGINNIF(cclkEVEENT ANDD cllk=1)THEEN ccnt=cnnt+11;END IIF;IF (ccnt=48)THEENkk=1;-kk=1的的时候，通通过jkk触发器器使时钟钟停止（JJ=0KK=1，第第一个时时钟置零零，接到到第二个个时钟清清零端，实实现下课课铃的停停止）else kkttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxtt

15、onee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_i

16、nndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxtoone_inddex=0;END CCASEE;if cnnt=449 tthe

17、nn cnnt=0;end iif;k=kkk;-通过给给cntt重新赋赋值实现现第二次次上下课课铃声的的开始。当当第二个个时间点点到来，-输入的的tmpp1tmmp2的的改变使使时钟重重新走起起来，使使cntt从488变成449从而而赋值为为0，-从而可可以再循循环至448.END PPROCCESSS;END mmeloody;4上课铃声声（原理理同下课课铃）LIBRAARY IEEEE;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_111644.ALLL;ENTITTY vvorkklasss IISPORT( cllk,ttempp1:IIN SSTD_LOGGIC;tone_ind

18、dex:OUTT INNTEGGER RANNGE 0 TTO 115;k:OUTT STTD_LLOGIIC);END vvorkklasss;ARCHIITECCTURRE mmeloody OF vorrklaass ISSIGNAAL ccnt:INTTEGEER RRANGGE 00 TOO 499:=00;signaal kkk:SSTD_LOGGIC:=00;BEGINNPROCEESS(clkk,cnnt)BEGINNIF(cclkEVEENT ANDD cllk=1)THEEN ccnt=cnnt+11;END IIF;IF (ccnt=48)THEENkk=1;-kk=1的

19、的时候，通通过jkk触发器器使时钟钟停止，实实现上下下课铃的的停止else kkttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_i

20、nndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexx

21、ttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxttonee_inndexxtoone_inddex=0;END CCASEE;if cnnt=449 tthenn cnnt=0;end iif;ktoone=20047;codde=0;hhighh21toone=7773;ccodee=11;hiigh221toone=9112;ccodee=22;hiigh221toone =110366;coode=3;higgh211toone =1111

22、66;coode=4;higgh211toone =111977;coode=5;higgh211toone =112900;coode=6;higgh211toone =113722;coode=7;higgh211toone =114100;coode=1;higgh211toone =114800;coode=2;higgh211ttonee =15442;ccodee=33;hiigh221ttonee =15990;ccodee=44;hiigh221ttonee =16222;ccodee=55;hiigh221ttonee =16668;ccodee=66;hiigh221tto

23、nee =16992;ccodee=77;hiigh221ttonee =17228;ccodee=11;hiigh221 NULLL;END CASSE;END PPROCCESSS;END;6 音频输输出电路路LIBRAARY IEEEE;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_111644.ALLL;ENTITTY eexchhangge IISPORT(clkk:INN STTD_LLOGIIC;tone:IN INTTEGEER RRANGGE 00 TOO 166#7FFF#;spks:OUTT STTD_LLOGIIC);END eexchhangge;ARCHIITEC

24、CTURRE bbehaav OOF eexchhangge IIS SIGNAAL ppre_clkk,fuull_spkks:SSTD_LOGGIC;BEGINNdiv_cclk:PROOCESSS(cclk)VARIAABLEE cnnt4:INTTEGEER RRANGGE 00 TOO 155;BEGINNpre_cclk111 THHEN pree_cllk=1;cnnt4:=0;ELSIIF cclkEVEENT ANDD cllk=1 THEEN ccnt44:=ccnt44+1;-通通过时钟钟实现计计数器功功能算出出频率，进进行输出出）END IF;END PPROCCESS

25、S;gen_sspkss:PRROCEESS(pree_cllk,ttonee)VARIAABLEE cnnt111:INNTEGGER RANNGE 0 TTO 116#77FF#;BEGINNIF ppre_clkkEVVENTT ANND ppre_clkk=11 TTHENNIF cntt11=16#7FFF# TTHENN cnnt111:=ttonee;fuull_spkks=1;ELSSE ccnt111:=cntt11+1;ffulll_sppks=00;ENDD IFF;END IF;END PPROCCESSS;delayy_sppks:PROOCESSS(ffulll_s

26、ppks)VARIAABLEE cnnt2:STDD_LOOGICC;BEGINNIF ffulll_sppksEVEENT ANDD fuull_spkks=1 THEEN ccnt22:=NNOT cntt2;IF cntt2=1 THEEN sspkss=1;ELSSE sspkss=0;ENDD IFF;END IF;END PPROCCESSS;END bbehaav;7时间调节节电路调节节位置选选择器LIBRAARY IEEEE;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_111644.ALLL;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_UUNSIIGNEED.AALL;

27、ENTITTY ttrf ISPORT(trff,cllr:IIN SSTD_LOGGIC;-cclr为为1时，表表停止，调调节时间间，trrf调节节时间位位数trrf_ttempp为 000 001 110 111时各各表示 分个位位，分十十位，时时个位，时时十位。trfo: OUUT SSTD_LOGGIC_VECCTORR(1 DOWWNTOO 0);END ttrf;ARCHIITECCTURRE ffwm OF trff ISSSIGNAAL ttrf_temmp : STTD_LLOGIIC_VVECTTOR(1 DDOWNNTO 0);BEGINNPROCEESS(clrr,tr

28、rf,ttrf_temmp)beginnif cclr=0 thhentrf_temmp000 theen ttrf_temmp=trff_teemp-1;ellse trff_teemp=111;ennd iif;endd iff;end pproccesss;trfo=trrf_ttempp;end ffwm;8 时间调调节电路路调节节数字选选择器及及时钟LIBRAARY IEEEE;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_111644.ALLL;USE IIEEEE.STTD_LLOGIIC_UUNSIIGNEED.AALL;ENTITTY SSZ IIS-clkk时钟脉脉冲,c

29、clr暂暂停控制制,trrf移位位,pllus加加数字,h_llo时位位低位,h_hhi时位位高位,m_llo分位位低位,m_hhi分位位高位PORT(clkk,pllus,clrr:INN STTD_LLOGIIC;trfo:IN STDD_LOOGICC_VEECTOOR(11 DOOWNTTO 00);h_lo,h_hhi,mm_loo,m_hi : OOUT STDD_LOOGICC_VEECTOOR(33 DOOWNTTO 00);END SSZ;ARCHIITECCTURRE ffwm OF SZ ISSIGNAAL hh_hii_teemp,h_llo_ttempp,m_hi_t

30、emmp,mm_loo_teemp : SSTD_LOGGIC_VECCTORR(3 DOWWNTOO 0);BEGINNPROCEESS(clkk,cllr,ttrfoo,pllus,h_hhi_ttempp,h_lo_temmp,mm_hii_teemp,m_llo_ttempp)-clkk上升沿沿触发,clrr=11暂停停调时间间,trrf=0移移位,ppluss=00加数数beginnif (cclkEVEENT ANDD cllk=1) thhenif cclr=1 thhenif pluus=0 theen -通通过按住住pluus 每每个秒脉脉冲加数数，位数数由trrfo控控制i

31、ff trrfo=000 tthenn -ttrfoo=000 分个个位加数数iif mm_loo_teemp=10001 thhen m_llo_ttempp=00000;eelsee m_lo_temmp=m_llo_ttempp+1;eend if;ellsiff trrfo=011 tthenn-ttrfoo=011 分十十位加数数iif mm_hii_teemp=01101 thhen m_hhi_ttempp=00000;eelsee m_hi_temmp=m_hhi_ttempp+1;eend if;ellsiff trrfo=100 tthenn-trffo=110 时时个位加

32、加数 时时个位与与时十位位有关，当当时十位位为2时时，时个个位不应应超过33，因为为没有比比24点点更高的的时间iif hh_hii_teemp=00010 thhenif h_llo_ttempp=000111 tthenn h_lo_temmp=00000;elsse hh_loo_teemp=h_lo_temmp+11;endd iff;eelseeif h_llo_ttempp=110011 tthenn h_lo_temmp=00000;elsse hh_loo_teemp=h_lo_temmp+11;endd iff;eend if;ellsiff trrfo=111 tthenn-trffo=111 时时十位加加数 时时十位与与时个位位有关，当当时个位位为大于于3时，时时十位不不应超过过1，否否则可能能造成225点，226点等等等iif hh_loo_teemp01100 thhenif h_hhi_ttempp=000100 tth