FPGA创新实验设计报告4155.docx

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1、数字电子技技术实验课课程FPGA创创新实验设设计报告设计名称 上下下课铃声模模拟系统 姓 名名 林嘉嘉颖 金金延鑫 学 号号 309001007768 3309011041882 专业班级 机械械电子工程程09022 指导教师 樊伟伟敏 日 期 22011.6.6 浙江大学电电工电子基基础实验中中心一摘要 通通过QUAATURSS 软件的的程序编译译及FPGGA的应用用，模拟出出浙江大学学紫金港校校区的上下下课铃系统统。该系统分为为两部分：电子钟部部分和铃声声部分电子钟部分分将实现二二十四小时时计时，时时间设置等等功能。铃铃声部分将将实现特定定时间（如如上课时间间）响起特特定铃声功功能。二 关

2、键词词 时序序电路 时时钟系统 调节装置置 声音系系统 QUUATURRS应用三 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 设设计思路整个上下课课铃响可分分为时钟系系统和铃声声系统两大大部分。时钟系统：时钟部分分分为铃声选选择器，时时间调试部部分，时钟钟部分等三三大模块。1时钟部分分时钟部分实实现24小小时时钟运运行及循环环功能，按按照1：660时间进进行缩放，其其中LEDD灯表示小小时数，采采用24进进制计数器器实现；lled灯两两位表示分分钟数，采采用60进进制计数器器实现，计计数频率设设置为1HHZ，以节节省时间。此此部分设置

3、置能完全模模拟时钟循循环功能，即即分钟部分分逢六十进进一，时钟钟部分逢224归零，同同时23：59后自自动返回000:0002 时间调调试部分时间调试部部分实现时时间暂停，移移位调试时时间（其中中移到的位位置会发生生闪烁），时时间设置等等功能，具具有调试目目标明确，调调试时间不不会超过时时钟表示范范围等优点点。使用方法：将clrr置为0之之后，可以以发现时钟钟十位在闪闪烁，此时时通过按ttrf键可可以将闪烁烁点移到下下一个即时时钟个位，以以此类推。在在移到自己己想调节的的位置以后后通过按住住pluss键，每一一个秒脉冲冲之后可以以发现该数数加一，加加到九跳回回一。通过一些条条件语句，防防止了当

4、时时钟十位等等于2时，时时钟个位不不会大于33；时钟个个位大于33时，时钟钟十位不会会等于2。3 铃声选选择器：根据紫金港港校区上下下课的时间间，制成铃铃声选择器器。以下为响铃铃时间安排排表：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根据时间表表在相应时时间，铃声声响起。铃声部分铃声部分分分为JK触触发器，分分频器，铃铃声部分，选选择器

5、，音音频调试，音音频转换器器，六个模模块。1 分频器器分频器将550MHZZ的脉冲电电路调节到到合适的频频率，在铃铃声系统部部分中需使使用两次，一一次为对上上下课铃音音频电路的的触发（11HZ）,一次为音音频转换器器的触发（662500000HZZ）.2 铃声部部分铃声部分设设置成上课课铃和下课课铃两个子子模块，分分别存放上上下课铃的的乐谱。3音频调试试电路根据十二平平均律将两两个八度共共十六个音音符设置成成相应的频频率。使其其转换成相相应的音高高。4音频转换换器原理为一个个计数器，通通过脉冲电电路将每次次的音符转转换成相应应的频率，通通过小喇叭叭输出。5 JK触触发器整个音乐系系统的开始始与

6、停止通通过两个JJK触发器器来控制。原理如图当选择器发发出信号时时，第一个个JK触发发器中J通通道接高，KK通道为00，Q输出出高电平，使使第二个JJK触发器器触发（第第二个JKK触发器设设置成T触发器）此此后即使第第一个触发发器中J=0.Q11状态保持持，仍为11.在铃声部分分设置逻辑辑出口K,当输出最后后一个音符符时，k=1,反馈馈到第一个个JK触发发器的K端端上，此时时Q1=00，使第二二个触发器器清零，停停止向铃声声部分输送送脉冲信号号。铃声停停止。32实验验原理图展展示时钟部分铃声部分综合电路3.3仿真真波形及分分析Trf仿真真波形由图可知，每每一个trrf下降沿沿使trffo从3减

7、减到0再到到3从而实实现循环，当当clr变变为0了之之后，trrfo立即即变为3。SS仿真波波形15为变暗暗。由图可可知，假定定pluss键按住，ttrfo为为3，因此此h_hii从0开始始加到5，然然后放开pplus之之后h_hhi交替55与15，说说明正在闪闪烁。假定定当按下ttrf，ttrfo变变为2，即即闪烁从hh_hi改改为h_llo，同样样trfoo为1时，闪闪烁m_hhi。SZ仿真波波形上三图为时时钟正常工工作时的输输出。上图为当cclr为11，按pllus的时时候，当ttrfo为为3,2,1时h_hi，hh_lo，mm_hi的的数值的增增加。Lj仿真波波形当时间为008:000

8、,08:45时分分别输出ttmp1，ttmp2为为10和001，当下下一个脉冲冲到来，008:000变成000:00之之后，tmmp1，ttmp2为为00。通通过tmpp1与tmmp2实现现上下课铃铃的控制。Nackllass，vvorkllass仿仿真波形通过clkk可以实现现放歌曲，当当歌曲结束束时k=11，此时通通过jk触触发器使cclk停止止，等到下下一个ljj模块中的的tmp11，tmpp2的信号号到来，cclk重新新开始，此此时通过条条件语句时时cnt归归零，重新新放歌曲。3.4源程程序及注释释1 分频器器（50MMHZ=8MHZZ）LIBRAARY IIEEE;USE IIEEE

9、.STD_LOGIIC_11164.AALL;ENTITTY feenpinnqi IISPORT(clk:IN SSTD_LLOGICC;clk_oout:OOUT SSTD_LLOGICC);END ffenpiinqi;ARCHIITECTTURE fwm OF ffenpiinqi ISCONSTTANT m : INTEEGER:=4;-wheen wee neeed 8MM HZ。IINTEGGER=662500000whhen wwe neeed 22HZSIGNAAL tmmp :SSTD_LLOGICC;BEGIINPROCCESS(clk, tmpp)VARRIABLLE

10、coout : INTTEGERR:=0;BEGGIN IFF clkkEVEENT AAND cclk=1 TTHEN coutt:=coout+11;IIF coout=m THHEN ttmp=0;EELSIFF couutm*2 THHEN ttmp=1;EELSE coutt:=0;EEND IIF; ENND IFF; END PROCCESS; clk_out=tmpp;END ffwm;2 JK触触发器LIBRAARY IIEEE;USE IIEEE.STD_LOGIIC_11164.AALL;ENTITTY JAANDK ISPORT (clrr,clkk,j,kk:IN S

11、TD_LOGIIC; q, qn : outt STDD_LOGGIC); ENDD JANNDK; ARCCHITEECTURRE COONTROOL OFF JANNDK IISSIGNAAL TMMP : STD_LOGIIC;BEGINNPROCEESS(cclr,cclk,jj,k)BEGIIN iif cllr=00 thhen TTMP=0;elsIIF (cclkEEVENTT ANDD clkk=0) THHENIF (j=1)aand(kk=1)thhen TTMP= NOTT TMPP;-JJ=1K=1翻转）ELSIIF (j=11)annd(k=0)theen TMMP

12、= 1; -JJ=1K=0置高ELSIIF (j=00)annd(k=1)theen TMMP= 0; -JJ=1K=1置零END IF;END IF;END PROCCESS;q= TMP;qn= NOTT TMPP;END CONTTROL;3下课铃LIBRAARY IIEEE;USE IIEEE.STD_LOGIIC_11164.AALL;ENTITTY naachkllass ISPORT( clkk,temmp1:IIN STTD_LOOGIC;tone_indeex:OUUT INNTEGEER RAANGE 0 TOO 15;k:OUTT STDD_LOGGIC);END nna

13、chkklasss;ARCHIITECTTURE meloody OOF naachkllass ISSIGNAAL cnnt:INNTEGEER RAANGE 0 TOO 49:=0;signaal kkk:STDD_LOGGIC:=0;BEGINNPROCEESS(cclk,ccnt)BEGINNIF(cclkEEVENTT ANDD clkk=1)THEEN cnnt=ccnt+11;END IIF;IF (ccnt=448)THHENkk=1;-k=11的时候，通通过jk触触发器使时时钟停止（JJ=0K=1，第一一个时钟置置零，接到到第二个时时钟清零端端，实现下下课铃的停停止）else

14、 kktonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inn

15、dextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextoone_iindexx=0;END C

16、CASE;if cnnt=499 theen cnnt=00;end iif;k=kkk;-通过给给cnt重重新赋值实实现第二次次上下课铃铃声的开始始。当第二二个时间点点到来，-输入的的tmp11tmp22的改变使使时钟重新新走起来，使使cnt从从48变成成49从而而赋值为00，-从而可可以再循环环至48.END PPROCEESS;END mmeloddy;4上课铃声声（原理同同下课铃）LIBRAARY IIEEE;USE IIEEE.STD_LOGIIC_11164.AALL;ENTITTY voorklaass IISPORT( clkk,temmp1:IIN STTD_LOOGIC;t

17、one_indeex:OUUT INNTEGEER RAANGE 0 TOO 15;k:OUTT STDD_LOGGIC);END vvorkllass;ARCHIITECTTURE meloody OOF voorklaass IISSIGNAAL cnnt:INNTEGEER RAANGE 0 TOO 49:=0;signaal kkk:STDD_LOGGIC:=0;BEGINNPROCEESS(cclk,ccnt)BEGINNIF(cclkEEVENTT ANDD clkk=1)THEEN cnnt=ccnt+11;END IIF;IF (ccnt=448)THHENkk=1;-k=11

18、的时候，通通过jk触触发器使时时钟停止，实实现上下课课铃的停止止else kktonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inn

19、dextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inndextonne_inn

20、dextonne_inndextoone_iindexx=0;END CCASE;if cnnt=499 theen cnnt=00;end iif;kttone=20447;coode=0;hiigh211ttone=7733;codde=11;higgh21ttone=9122;codde=22;higgh21ttone =10036;ccode=3;hhigh221ttone =11116;ccode=4;hhigh221ttone =11197;ccode=5;hhigh221ttone =12290;ccode=6;hhigh221ttone =13372;ccode=7;hhigh

21、221ttone =14410;ccode=1;hhigh221ttone =14480;ccode=2;hhigh221tonee =11542;codee=3;highh21tonee =11590;codee=4;highh21tonee =11622;codee=5;highh21tonee =11668;codee=6;highh21tonee =11692;codee=7;highh21tonee =11728;codee=1;highh21 NULLL;END CASEE;END PPROCEESS;END;6 音频输输出电路LIBRAARY IIEEE;USE IIEEE.ST

22、D_LOGIIC_11164.AALL;ENTITTY exxchannge IISPORT(clk:IN SSTD_LLOGICC;tone:IN IINTEGGER RRANGEE 0 TTO 166#7FFF#;spks:OUT STD_LOGIIC);END eexchaange;ARCHIITECTTURE behaav OFF excchangge ISS SIGNAAL prre_cllk,fuull_sspks:STD_LOGIIC;BEGINNdiv_cclk:PPROCEESS(cclk)VARIAABLE cnt44:INTTEGERR RANNGE 00 TO 15;B

23、EGINNpre_cclk11 TTHEN pre_clk=1;cntt4:=00;ELSIIF cllkEVVENT AND clk=1 THENN cntt4:=ccnt4+1;-通过时钟钟实现计数数器功能算算出频率，进进行输出）END IF;END PPROCEESS;gen_sspks:PROCCESS(pre_clk,tonee)VARIAABLE cnt111:INNTEGEER RAANGE 0 TOO 16#7FF#;BEGINNIF ppre_cclkEEVENTT ANDD pree_clkk=1 THEENIF cnt111=166#7FFF# THHEN ccnt111

24、:=toone;ffull_spkss=11;ELSSE cnnt11:=cntt11+11;fulll_sppks=0;ENDD IF;END IF;END PPROCEESS;delayy_spkks:PRROCESSS(fuull_sspks)VARIAABLE cnt22:STDD_LOGGIC;BEGINNIF ffull_spkssEVEENT AAND ffull_spkss=1 THEEN cnnt2:=NOT cnt22;IF cnt22=1 THEEN sppks=1;ELSSE sppks=0;ENDD IF;END IF;END PPROCEESS;END bbehav

25、v;7时间调节节电路调节位置置选择器LIBRAARY IIEEE;USE IIEEE.STD_LOGIIC_11164.AALL;USE IIEEE.STD_LOGIIC_UNNSIGNNED.AALL;ENTITTY trrf ISSPORT(trf,clr:IN SSTD_LLOGICC;-cllr为1时时，表停止止，调节时时间，trrf调节时时间位数ttrf_ttemp为为 00 01 110 111时各表示示 分个位位，分十位位，时个位位，时十位位。trfo: OUTT STDD_LOGGIC_VVECTOOR(1 DOWNNTO 00);END ttrf;ARCHIITECTTURE

26、 fwm OF ttrf IISSIGNAAL trrf_teemp : STDD_LOGGIC_VVECTOOR(1 DOWNNTO 00);BEGINNPROCEESS(cclr,ttrf,ttrf_ttemp)beginnif cclr=0 tthentrf_tempp000 tthen trf_tempp=trrf_teemp-11;ellse ttrf_ttemp=111;ennd iff;endd if;end pproceess;trfo=trff_temmp;end ffwm;8 时间调调节电路调节数数字选择器器及时钟LIBRAARY IIEEE;USE IIEEE.STD_L

27、OGIIC_11164.AALL;USE IIEEE.STD_LOGIIC_UNNSIGNNED.AALL;ENTITTY SZZ IS-clkk时钟脉冲冲,clrr暂停控制制,trff移位,pplus加加数字,hh_lo时时位低位,h_hii时位高位位,m_llo分位低低位,m_hi分位位高位PORT(clk,pluss,clrr:IN STD_LOGIIC;trfo:IN SSTD_LLOGICC_VECCTOR(1 DOOWNTOO 0);h_lo,h_hii,m_llo,m_hi : OUTT STDD_LOGGIC_VVECTOOR(3 DOWNNTO 00);END SSZ;ARC

28、HIITECTTURE fwm OF SSZ ISSSIGNAAL h_hi_ttemp,h_loo_temmp,m_hi_ttemp,m_loo_temmp : STD_LOGIIC_VEECTORR(3 DDOWNTTO 0);BEGINNPROCEESS(cclk,cclr,ttrfo,pluss,h_hhi_teemp,hh_lo_tempp,m_hhi_teemp,mm_lo_tempp)-clkk上升沿触触发,cllr=11暂停调调时间,ttrf=0移位位,pluus=00加数beginnif (cclkEEVENTT ANDD clkk=1) thhenif cclr=1 tth

29、enif pluss=0 theen -通过按按住pluus 每个个秒脉冲加加数，位数数由trffo控制iff trffo=000 tthen -trrfo=000 分个个位加数iif m_lo_ttemp=10001 tthen m_loo_temmp=00000;eelse m_loo_temmp=mm_lo_tempp+1;eend iif;ellsif trfoo=011 thhen-trrfo=001 分十十位加数iif m_hi_ttemp=01001 tthen m_hii_temmp=00000;eelse m_hii_temmp=mm_hi_tempp+1;eend iif;

30、ellsif trfoo=100 thhen-trffo=100 时个位位加数 时时个位与时时十位有关关，当时十十位为2时时，时个位位不应超过过3，因为为没有比224点更高高的时间iif h_hi_ttemp=00110 tthenif hh_lo_tempp=00011 thenn h_llo_teemp=00000;elsee h_llo_teemp=h_loo_temmp+1;end if;eelseif hh_lo_tempp=10001 thenn h_llo_teemp=00000;elsee h_llo_teemp=h_loo_temmp+1;end if;eend iif;el

31、lsif trfoo=111 thhen-trffo=111 时十位位加数 时时十位与时时个位有关关，当时个个位为大于于3时，时时十位不应应超过1，否否则可能造造成25点点，26点点等等iif h_lo_ttemp01000 tthenif hh_hi_tempp=00010 thenn h_hhi_teemp=00000;elsee h_hhi_teemp=h_hii_temmp+1;end if;eelse if hh_hi_tempp=00001 thenn h_hhi_teemp=00000;elsee h_hhi_teemp=00001;end if;eend iif;ennd if

32、f;endd if;elsee -cclr=00时，时钟钟正常工作作if m_loo_temmp11001 theen m_lo_ttemp=m_llo_teemp+11; -分个位elsse -分十位iff m_hhi_teemp01011 thhen mm_lo_tempp=00000;mm_hi_tempp=m_hi_ttemp+1;ellse -时个位位 与时时十位有关关 当时十十位为2时时，应在33之后变为为0，其余余9之后变变0iif h_hi_ttemp00110 tthenif hh_lo_tempp10001 thennm_loo_temmp=00000;m_hii_temmp=00000;h_loo_temmp=hh_lo_temp