EDA電子鐘設計

1、EDA電子鐘設計一、設計目的1.掌握VHDL語言的基本運用。2.掌握復雜系統(tǒng)的EDA設計方法。3.學習多層次、多模塊系統(tǒng)設計。4.了解數(shù)字鐘的工作原理，利用VHDL語言實現(xiàn)數(shù)字鐘。5.掌握Quartus的簡單操作并會使用EDA實驗箱。6.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。二、系統(tǒng)總體設計我們設計的是多功能數(shù)字鐘，共有5個系統(tǒng)模塊組成，分別是：液晶顯示屏、調(diào)時控制開關(guān)（用的是撥碼開關(guān)）、LED顯示狀態(tài)燈及蜂鳴器報時系統(tǒng)和時鐘頻率系統(tǒng)。我們設計的是以24小時制顯示，數(shù)碼管掃描顯示時、分、秒；能夠正常計時和調(diào)時、調(diào)分等校時功能；經(jīng)過我們設計的數(shù)字鐘具有蜂鳴器整點報時的功能，還具備設置鬧鐘功能。EP1C

2、12Q240C8按鍵開關(guān)時鐘信號LED顯示圖2.1 多功能數(shù)字鐘模擬系統(tǒng)基本組成框圖三、詳細設計3.1數(shù)字鐘的基本工作原理3.1.1時基T 產(chǎn)生電路數(shù)字鐘以其顯示時間的直觀性、走時準確性作為一種計時工具，數(shù)字鐘的基本組成部分離不開計數(shù)器，在控制邏輯電路的控制下完成預定的各項功能。由晶振產(chǎn)生的頻率非常穩(wěn)定的脈沖，經(jīng)整形、穩(wěn)定電路后，產(chǎn)生一個頻率為1Hz的、非常穩(wěn)定的計數(shù)時鐘脈沖。3.1.2調(diào)時、調(diào)分信號的產(chǎn)生由計數(shù)器的計數(shù)過程可知，正常計數(shù)時，當秒計數(shù)器（60進制）計數(shù)到59 時，再來一個脈沖，則秒計數(shù)器清零，重新開始新一輪的計數(shù)，而進位則作為分計數(shù)器的計數(shù)脈沖，使分計數(shù)器計數(shù)加1。現(xiàn)在我們把電

3、路稍做變動：把秒計數(shù)器的進位脈沖和一個頻率為2Hz的脈沖信號同時接到一個2選1數(shù)據(jù)選擇器的兩個數(shù)據(jù)輸入端，而位選信號則接一個脈沖按鍵開關(guān)，當按鍵開關(guān)不按下去時（即為0），則數(shù)據(jù)選擇器將秒計數(shù)器的進位脈沖送到分計數(shù)器，此時，數(shù)字鐘正常工作；當按鍵開關(guān)按下去時（即為1），則數(shù)據(jù)選擇器將另外一個2Hz 的信號作為分計數(shù)器的計數(shù)脈沖，使其計數(shù)頻率加快，當達到正確時間時，松開按鍵開關(guān)，從而達到調(diào)時的目的。調(diào)節(jié)小時的時間也一樣的實現(xiàn)。3.1.3計數(shù)顯示電路計數(shù)部分：由兩個60進制計數(shù)器和一個24 進制計數(shù)器組成，其中60 進制計數(shù)器可用6 進制計數(shù)器和10 進制計數(shù)器構(gòu)成；24 進制的小時計數(shù)同樣可用6

4、進制計數(shù)器和10 進制計數(shù)器得到：當計數(shù)器計數(shù)到24 時，“2”和“4”同時進行清零，則可實現(xiàn)24 進制計數(shù)。3.2設計思路根據(jù)系統(tǒng)設計要求,系統(tǒng)設計采用自底向上的設計方法,由時鐘分頻部分、計時部分、按鍵部分調(diào)時部分和顯示部分五個部分組成。這些模塊都放在一個頂層文件中。3.2.1時鐘計數(shù)首先下載程序進行復位清零操作,電子鐘從00：00：00計時開始。sethour可以調(diào)整時鐘的小時部分, setmin可以調(diào)整分鐘,步進為1。由于電子鐘的最小計時單位是1s,因此提供給系統(tǒng)的內(nèi)部的時鐘頻率應該大于1Hz,這里取100Hz。CLK端連接外部10Hz的時鐘輸入信號clk。對clk進行計數(shù),當clk=1

5、0時,秒加1,當秒加到60時,分加1；當分加到60時,時加1；當時加到24時,全部清0,從新計時。用6位數(shù)碼管分別顯示“時”、“分”、“秒”,通過OUTPUT( 6 DOWNTO 0 )上的信號來點亮指定的LED七段顯示數(shù)碼管。3.2.2時間設置手動調(diào)節(jié)分鐘、小時，可以對所設計的時鐘任意調(diào)時間，這樣使數(shù)字鐘真正具有使用功能。我們可以通過實驗板上的鍵7和鍵4進行任意的調(diào)整，因為我們用的時鐘信號均是1HZ的，所以每LED燈變化一次就來一個脈沖，即計數(shù)一次。根據(jù)系統(tǒng)設計要求,系統(tǒng)設計采用自頂向下設計方法,由時鐘分頻部分、計時部分、按鍵部分調(diào)時部分和顯示部分五個部分組成。這些模塊都放在一個頂層文件中。

6、1）通過對md1按鍵高低電平的控制可以進入時鐘的另一個調(diào)時模式，調(diào)試模式和計時模式是分開互不影響的。然后再通過對md21和md22對時鐘進行時間設定。等到計時到達設置時間時，實現(xiàn)打鈴功能。2）用6位數(shù)碼管分別顯示“時”、“分”、“秒”,通過DOUT( 6 DOWNTO 0 )上的信號來點亮指定的LED七段顯示數(shù)碼管。3）由于電子鐘的最小計時單位是1s,因此提供給系統(tǒng)的內(nèi)部的時鐘頻率應該大于1Hz,這里取100Hz。CLK端連接外部10Hz的時鐘輸入信號clk。對clk進行計數(shù),當clk=10時,秒加1,當秒加到60時,分加1；當分加到60時,時加1；當時加到24時,全部清0,從新計時。4）首先

7、下載程序進行復位清零操作,電子鐘從00：00：00計時開始。md21可以調(diào)整時鐘的小時部分, md22可以調(diào)整分鐘,步進為1。頂層設計分析：對于電子鐘的設計,這里將采用自底向上的設計方法進行設計,因此首先需要進行電子鐘的底層設計。本節(jié)將首先介紹電子鐘的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊劃分,然后設計出頂層VHDL設計程序。源程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity szz is-端口定義port(clk:in std_logic; clk1:in std_logic; md1:in std_

8、logic; md2:in std_logic_vector(1 downto 0); ledout1:out std_logic; ledout2:out std_logic; speak:out std_logic; dout:out std_logic_vector(6 downto 0); selout:out std_logic_vector(2 downto 0); end szz;architecture one of szz issignal sel:std_logic_vector(2 downto 0);signal hou1:std_logic_vector(3 down

9、to 0);signal hou2:std_logic_vector(3 downto 0);signal min1:std_logic_vector(3 downto 0);signal min2:std_logic_vector(3 downto 0);signal seth1:std_logic_vector(3 downto 0);signal seth2:std_logic_vector(3 downto 0);signal setm1:std_logic_vector(3 downto 0);signal setm2:std_logic_vector(3 downto 0);sig

10、nal sec1:std_logic_vector(3 downto 0);signal sec2:std_logic_vector(3 downto 0);signal h1:std_logic_vector(3 downto 0);signal h2:std_logic_vector(3 downto 0);signal m1:std_logic_vector(3 downto 0);signal m2:std_logic_vector(3 downto 0);signal s1:std_logic_vector(3 downto 0);signal s2:std_logic_vector

11、(3 downto 0);begin-模6計數(shù)choice:process(clk1)beginif clk1'event and clk1='1' thenif sel="101" thensel<="000"elsesel<=sel+1;end if;end if;end process choice;-小時十位h110:process(clk,hou2,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2)beginif clk'event and clk='1' thenif (hou

12、1="0010" and hou2="0011")and(min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001") thenhou1<="0000"elsif hou1="0010"and hou2="0011"and md1='0' and md2="01" then-當時間為23點且處于校時狀態(tài)時hou1

13、<="0000"elsif (hou2="1001"and(min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001")or (hou2="1001"and md1='0' and md2="01") thenhou1<=hou1+1;end if;end if;end process h110;-小時個位h220:process(clk,min

14、1,min2,sec1,sec2,md1,md2,hou1)beginif clk'event and clk='1' thenif (hou1="0010" and hou2="0011")and(min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001") thenhou2<="0000"elsif hou2="1001"and(min1=

15、"0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001") thenhou2<="0000"elsif (hou2="1001"and md1='0' and md2="01")or (hou1="0010"and hou2="0011") thenhou2<="0000"-md<='1'el

16、sif (min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001")or (md1='0' and md2="01") thenhou2<=hou2+1;-speak<=clk;end if;end if;end process h220;-分鐘十位m110:process(clk,min2,sec1,sec2,md1,md2)beginif clk'event and clk='1&#

17、39; thenif (min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001") then min1<="0000"elsif min1="0101"and min2="1001"and (md1='0' and md2="00")thenmin1<="0000"elsif (min2="1001"an

18、d (sec1="0101" and sec2="1001") or (min2="1001"and md1='0' and md2="00")thenmin1<=min1+1;end if;end if;-end if;end process m110;-分鐘個位m220:process(clk,sec1,sec2,md1,md2)beginif clk'event and clk='1' thenif min2="1001"and (sec1=&

19、quot;0101" and sec2="1001")thenmin2<="0000"elsif min2="1001"and (md1='0' and md2="00")thenmin2<="0000"else if (sec1="0101" and sec2="1001") or(md1='0' and md2="00")thenmin2<=min2+1;end if;en

20、d if;end if;end process m220;-秒十位s110:process(clk)beginif clk'event and clk='1' thenif (sec1="0101" and sec2="1001")thensec1<="0000"else if sec2="1001"thensec1<=sec1+1;end if;end if;end if;end process s110;-秒個位s220:process(clk)beginif clk'

21、;event and clk='1' thenif sec2="1001" thensec2<="0000"else sec2<=sec2+1;end if;end if;end process s220;-時間設置小時部分sethour1:process(clk,seth2)beginif clk'event and clk='1' thenif seth1="0010"and seth2="0011" thenseth1<="0000"

22、;elsif seth2="1001" thenseth1<=seth1+1;end if;end if;end process sethour1;-sethour2:process(clk,md1,md2,seth1)beginif clk'event and clk='1' thenif (seth1="0010"and seth2="0011")or seth2="1001"thenseth2<="0000"elsif md1='1' a

23、nd md2="00" thenseth2<=seth2+1;end if;end if;end process sethour2;-時間設置分鐘部分setmin1:process(clk,setm2)beginif clk'event and clk='1' thenif setm1="0101"and setm2="1001"thensetm1<="0000"elsif setm2="1001"thensetm1<=setm1+1;end if;en

24、d if;end process setmin1;-setmin2:process(clk,md1,md2)beginif clk'event and clk='1'thenif setm2="1001"thensetm2<="0000"elsif md1='1' and md2="01"thensetm2<=setm2+1;end if;end if;end process setmin2;-鬧鈴speaker:process(clk1,hou1,hou2,min1,min2)be

25、ginif clk1'event and clk1='1'then-鬧鐘判斷，一分鐘響鈴if seth1=hou1 and seth2=hou2 and setm1=min1 and setm2=min2 thenspeak<=clk; ledout1<=clk;else speak<='0'ledout1<='0'-整點報時，3秒鐘響鈴if "0000"=min1 and "0000"=min2 and sec1="0000" thenif sec2=&

26、quot;0000" or sec2="0001" or sec2="0010" thenspeak<='1'ledout2<=clk;else speak<='0'ledout2<='0'end if;end if;end if;end if;end process speaker;-譯碼顯示部分disp:process(sel,md1,hou1,hou2,min1,min2,sec1,sec2,seth1,seth2,setm1,setm2)beginif sel=&q

27、uot;101" thenselout<="101"case h1 iswhen "0000"=>dout<="0111111"when "0001"=>dout<="0000110"when "0010"=>dout<="1011011"when others =>dout<="1000000"end case;elsif sel="100" then

28、selout<="100"case h2 iswhen "0000"=>dout<="0111111"when "0001"=>dout<="0000110"when "0010"=>dout<="1011011"when "0011"=>dout<="1001111"when "0100"=>dout<="1100110

29、"when "0101"=>dout<="1101101"when "0110"=>dout<="1111101"when "0111"=>dout<="0000111"when "1000"=>dout<="1111111"when "1001"=>dout<="1101111"when others=>dout<

30、="1000000"end case;elsif sel="011" thenselout<="011"case m1 iswhen "0000"=>dout<="0111111"when "0001"=>dout<="0000110"when "0010"=>dout<="1011011"when "0011"=>dout<="10

31、01111"when "0100"=>dout<="1100110"when "0101"=>dout<="1101101"when others=>dout<="1000000"end case;elsif sel="010" thenselout<="010"case m2 iswhen "0000"=>dout<="0111111"when &qu

32、ot;0001"=>dout<="0000110"when "0010"=>dout<="1011011"when "0011"=>dout<="1001111"when "0100"=>dout<="1100110"when "0101"=>dout<="1101101"when "0110"=>dout<=&qu

33、ot;1111101"when "0111"=>dout<="0000111"when "1000"=>dout<="1111111"when "1001"=>dout<="1101111"when others=>dout<="1000000"end case;elsif sel="001" thenselout<="001"case s1 iswhe

34、n "0000"=>dout<="0111111"when "0001"=>dout<="0000110"when "0010"=>dout<="1011011"when "0011"=>dout<="1001111"when "0100"=>dout<="1100110"when "0101"=>dout<

35、;="1101101"when others=>dout<="1000000"end case;elsif sel="000" thenselout<="000"case s2 iswhen "0000"=>dout<="0111111"when "0001"=>dout<="0000110"when "0010"=>dout<="1011011&quo

36、t;when "0011"=>dout<="1001111"when "0100"=>dout<="1100110"when "0101"=>dout<="1101101"when "0110"=>dout<="1111101"when "0111"=>dout<="0000111"when "1000"=>do

37、ut<="1111111"when "1001"=>dout<="1101111"when others=>dout<="1000000"end case;end if;if md1='0' then-計時時間顯示和設置模式h1<=hou1;h2<=hou2;m1<=min1;m2<=min2;s1<=sec1;s2<=sec2;else -鬧鈴時間現(xiàn)實和設置模式h1<=seth1;h2<=seth2;m1<=setm1;m2<=setm2;s1<="1111"s2<="1111"end if;end process disp;end one;四、仿真分析各端口的功能為：clk，clk1端：時鐘信號輸入端。dout0.6：數(shù)碼管選擇端。Selout2.0：七段碼譯碼器掃描接口輸入端。md1,md1.0：三個輸入端。ledout1,ledout2：顯示燈。speak：蜂鳴器。圖4.1 波形仿真圖實驗連線：clk接時鐘信號CLK0，clk1接時鐘信號C