多功能数字钟的的设计EDA的设计报告.doc

EDA实验报告 多功能数字钟的设计 学院院系：物理学与电子技术学院 课程名称：EDA技术 专业班级：2011级微电子 学生姓名：李盛鹏 指导教师：田茂 设计时间：2013年12月17日 一：有关介绍 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置。在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，数字钟可以手动调整时间，整点报时，以及附加秒表功能。数字钟的设计方法主要是基于Quartus?II软件进行逻辑电路的设计并借助于可编程逻辑器件进行硬件实现，最终本设计实现24小时的时钟计时、整点报时功能，时间重置功能以及秒表功能。 二：实验目的 了解数字钟的工作原理； 熟悉用VHDL语言编写驱动七段数码管显示的代码； 进一步熟悉Quartus?II软件； 4．秒／分／时／小数点的通过数码管依次显示并正确计数； 5．实现整点报时，扬声器发出报时声音； 6．时间设置，即手动调时功能：当认为时钟不准确时，可以分别对分／时进行调整； 7．秒表功能，即可手动控制秒表的复位、暂停以及开始； 三：实验原理 多功能数字钟应该具有的功能有：显示时－分－秒、整点报时、小时和分钟可调等基本功能。首先要知道钟表的工作机理，整个钟表的工作应该是在 1Hz 信号的作用下进行，这样每来一个时钟信号，秒增加 1 秒，当秒从 59 秒 跳转到 00 秒时，分钟增加 1 分，同时当分钟从 59 分跳转到 00 分时，小时增加 1 小时，但是需要注意的是，小时的范围是从 0～23时。 整个秒表的工作应该是在100hz信号的作用的进行，这样每来一个时钟信号，10毫秒位增加 1 秒，当10毫秒位从 99 秒 跳转到 00 秒时，秒增加 1 秒，同时当秒从 59 分跳转到 00 分时，分钟增加 1 分钟，但是需要注意的是，分钟的范围是从 0～59分。 在实验中为了显示的方便，由于分钟和秒钟显示的范围都是从0～59，所以可以用一个3位的二进制码显示十位，用一个四位的二进制码 （BCD 码）显示个位，对于小时因为它的范围是从 0～23 ，所以可以用一个 2 位的二进制码显示十位，用 4 位二进制码 （BCD 码）显示个位。 实验中由于七段码管是扫描的方式显示，所以虽然时钟需要的是 1Hz 时钟信号，但是由于黑金开发板的晶振输出的频率是20Mhz，因此为了得到准确的 1Hz 信号，必须对输入的系统时钟进行分频。 而为了实现蜂鸣器的正常工作，需要用到1khz的时钟信号，以及秒表所需的100Hz的时钟信号及时和分调整时所需的2khz的信号，必须对时钟信号再一次分频。 对于整点报时功能，用户可以根据系统的硬件结构和自身的具体要求来设计。本实验设计的是进行整点的闹铃提醒，让蜂鸣器发出蜂鸣声来实现整点报时，即每当到达整点时，蜂鸣器自动发出5秒蜂鸣声来作为提醒。 四：实验内容 本实验的任务就是设计一个多功能数字钟，要求显示格式为小时－分钟 －秒钟，整点报时，用蜂鸣器实现5秒的蜂鸣报时。系统时钟选择时钟模块的20MHz，要得到 1Hz 时钟信号，必须对系统时钟进行次分频。调整模式的的按键用按键模块的 KEY-OK 调节模式，KEY-UP调节时间以及控制秒表的暂停，KEY-LIFT控制秒表的复位，KEY-DOWN控制时间的暂停，没有按下KEY-OK时，时钟正常工作；按下一次，数码管黑屏；按下两次，切换到调整秒模式，若此时每按下一次KEY-UP，则秒增加一秒；按下三次，切换到调整分钟模式，若此时每按下一次KEY-UP，则分增加一分；按下四次，切换到调整小时模式，若此时每按下一次KEY-UP，则小时增加一小时；按下五次，切换到调整秒表模式，若按下一次KEY-UP，则秒表暂停，再按一次KEY-UP，则秒表继续工作，若按下KEY-LIFT，则此时秒表复位；若按下五次KEY-OK，则数字钟又回到时分秒的正常工作状态下。 五：实验设计 （1）顶层实体（如下图）： 分频模块： 系统时钟选择时钟模块的频率为20MHZ,而实际我们所需要的为1HZ的时钟信号，因此要对系统时钟进分频，本实验通过两个分频子程序实现此功能，实现方案如下： VHDL子程序： 原理图: 如右图. library ieee; use ieee.std_logic_1164. all; entity fre is port( clk ,sel: in std_logic; clk1hz,clk100hz,clk1khz,clk2khz:out std_logi