课程设计之可编程时钟

自动化三班程兴婷20080711303数字电路课程设计题目：基于FPGA的可编程时钟设计者：程兴婷班级：自动化3班学号：20080711303指导老师：何洪英周冰航日期：2010年11月自动化三班程兴婷20080711303设计内容功能设置：1）时钟显示：24小时制。如同电子表的六位显示。如上午十点三十分三十秒，液晶显示器上显示为10：30:30；为晚上的相同时间时，则显示为：1）22:30:30；同时23:59:59后显示为00：00:00；2）调整时间：当时间不准确时，可以通过键盘按键实现小时，分钟和秒的调整。拨动开关S2后，按动对应的按键使能端选择调整时分秒的十位或者个位。并且由LED的亮暗来显示当前调整的是时分秒的哪一位。3）整点报时：当为整点时蜂鸣器报时。4）设置闹钟：拨动开关S7后，状态转到设定闹钟状态，对应的LCD显示跳转到要设定的时间。通过按键来设定闹钟。设定好闹钟后，拨回开关，正常显示时间。到闹钟时间后，设定蜂鸣器响一分钟。可以通过开关S4关掉闹钟程序模块：1）CLOCK模块实现由脉冲得到的时分秒，并设置调整时间。将整点RING信号送入蜂鸣器；2）CP脉冲分频模块，将提供的10MHZ的脉冲分频得到1HZ的小脉冲；3）ALASET闹钟设置模块实现闹钟的设置，将RING信号送到蜂鸣器；4）PADTOKEY模块实现将键盘的按键转换为16位二进制；5）KEYTOBCD模块实现将16位二进制转化为4位BCD码，送入ALASET;6）LCDSWI模块：选择LCD液晶显示器的显示为当前时间输出或者设置的闹钟时间输出，输入为CLOCK,ALASET的时分秒输出，输入接LCD的输入；7）LCD显示模块：显示时间（当前时间或者闹钟时间）；开关：RST——S0(复位或者置数)SET——S2（时间调整选择）ALACFF——S4（关闹钟）ALASET——S7（闹钟设置选择）自动化三班程兴婷20080711303一）主程序模块：小时（24进制），分（60进制），秒（60进制）Clock生成模块如下：CLK_INHOUM[7..0]HSETMINM[7..0]MSETRINGRSTSECM[7..0]SETSSETVHDLENTITY:clockU_clockCLOCK.vhd模块功能介绍：1)说明：set=‘0’时，秒钟和分钟都为60进制。秒钟从零计数到59后，分钟计时开始。分钟计数到59后，时钟开始计时。由于LCD是按BCD显示，在低位计数到9时，向高位的进位应为7。当set=‘1’时，设置信号有效，开始调整显示时间，可以分别调整时分秒2）输入管脚：CLK-IN——脉冲输入；HSET，MSET，SSET——小时，分钟，秒钟的设置信号；SET——为高电平时，时分秒的设置信号才有效；RST——重置，时分秒全部清零；3)输出管脚：HOUM,MINM,SECM——时分秒的输出信号；自动化三班程兴婷20080711303RING——整点报时，连接蜂鸣器；。VHDL语言程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCLOCKISPORT(CLK_IN,RST,SET,SSET,MSET,HSET:INSTD_LOGIC;SECM,MINM,HOUM:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);RING:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYCLOCK;ARCHITECTURECJOFCLOCKISSIGNALSECC,MINC,HOUC:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);BEGINSECM=SECC;MINM=MINC;HOUM=HOUC;PROCESS(CLK_IN)BEGINIFRST='1'THENSECC=00000000;MINC=00000000;HOUC=00000000;RING='0';--设置复位ELSEIF(CLK_IN='1'ANDCLK_IN'EVENT)THENIFSET='0'THENIFSECC01011001THENIF(SECC(3DOWNTO0)=1001)THENSECC=SECC+7;ELSESECC=SECC+1;RING='0';ENDIF;自动化三班程兴婷20080711303ELSESECC=00000000;--秒钟secIFMINC01011001THENIF(MINC(3DOWNTO0)=1001)THENMINC=MINC+7;ELSEMINC=MINC+1;ENDIF;ELSEMINC=00000000;--分钟minIFHOUC00100100THENIF(HOUC(3DOWNTO0)=1001)THENHOUC=HOUC+7;RING='1';ELSEHOUC=HOUC+1;RING='1';ENDIF;ELSEHOUC=00000000;--小时hourENDIF;ENDIF;ENDIF;ELSEIFHSET='1'--设置时间调整THENIFHOUC00100100THENIF(HOUC(3DOWNTO0)=1001)THENHOUC=HOUC+7;ELSEHOUC=HOUC+1;ENDIF;ELSEHOUC=00000000;ENDIF;ELSEIFMSET='1'THENIFMINC01100000THENIF(MINC(3DOWNTO0)=1001)自动化三班程兴婷20080711303THENMINC=MINC+7;ELSEMINC=MINC+1;ENDIF;ELSEMINC=00000000;ENDIF;ELSEIFSSET='1'THENSECC=00000000;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;ENDCJ;二）脉冲分频——将20Mhz脉冲分频为1HZCP_INCP_OUTRSTVHDLENTITY:cp20mthalfU_cp20mthalfCP.vhd自动化三班程兴婷20080711303输入输出管脚说明：CP_IN——输入脉冲信号，置count=5,000,000。对脉冲进行分频RST——重置，实现清零作用；CPOUT——输出分频后的脉冲VHDL语言程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCP20MTHALFISPORT(CP_IN,RST:INSTD_LOGIC;CP_OUT:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYCP20MTHALF;ARCHITECTUREFUCOFCP20MTHALFISSIGNALCOUNT:INTEGER;SIGNALCPOUT:STD_LOGIC;BEGINCP_OUT=CPOUT;PROCESS(CP_IN,RST)BEGINIFRST='1'THENCPOUT='0';COUNT=0;ELSEIF(CP_IN='1'ANDCP_IN'EVENT)THENIFCOUNT=5000000THENCOUNT=0;CPOUT=NOTCPOUT;ELSECOUNT=COUNT+1;ENDIF;自动化三班程兴婷20080711303ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;ENDFUC;三）闹钟设置模块生成模块如图：CLK_INHH[3..0]HL[3..0]KEYIN[3..0]LEDOUT[7..0]MH[3..0]ML[3..0]RSTSETENSH[3..0]SL[3..0]SWIVHDLENTITY:alasetU_alasetALASET.vhd1）输入管脚：CLK_IN——接分频后的脉冲1HZKEYIN[3…0]——接KEYTOBCD的输出，对应设置时分秒的各位数值；RST——复位置数；SETEN——设置使能信号，为高电平时，SWI选择信号才工作；SWI——为高电平时，设置闹钟；2)输出管脚：HH,HL,MH,ML,SH,SL——时分秒的对应十位和个位；自动化三班程兴婷20080711303LEDOUT——输出接灯，用来显示当前设置的是时分秒六位数字的哪一位；VHDL语言程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYALASETISPORT(SWI,SETEN,CLK_IN,RST:INSTD_LOGIC;KEYIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);HH,HL,MH,ML,SH,SL:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);LEDOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));ENDALASET;ARCHITECTURECJOFALASETISSIGNALCOUNT:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);SIGNALkey:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(clk_in)BEGINIF(CLK_IN='1'ANDCLK_IN'EVENT)THENcaseKEYINISWHEN0000=KEY=0000;WHEN0001=KEY=0001;WHEN0010=KEY=0010;WHEN0011=KEY=0011;WHEN0100=KEY=0100;WHEN0101=KEY=0101;WHEN0110=KEY=0110;WHEN0111=KEY=0111;WHEN1000=KEY=1000;自动化三班程兴婷20080711303WHEN1001=KEY=1001;WHENOTHERS=NULL;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK_IN)BEGINIFSETEN='1'THENIF(SWI='1'ANDSWI'EVENT)THENIFCOUNT110THENCOUNT=COUNT+1;ELSECOUNT=000;ENDIF;ENDIF;endif;IF(RST='1')THENCOUNT=110;ELSEIF(CLK_IN='1'ANDCLK_IN'EVENT)THENCASECOUNTISWHEN000=HL=KEY;LEDOUT=00000001;WHEN001=HH=KEY;LEDOUT=00000010;WHEN010=ML=KEY;LEDOUT=00000100;WHEN011=MH=KEY;LEDOUT=00001000;WHEN100=SL=KEY;LEDOUT=00010000;WHEN101=SH=KEY;LEDOUT=00100000;WHENOTHERS=LEDOUT=00000000;ENDCASE;ENDIF;自动化三班程兴婷20080711303ENDIF;ENDPROCESS;ENDCJ;四）PADTOKEY(键盘输入转换为二进制码)生成模块如图：CPINICOL[3..0]OROW[3..0]RY[15..0]VHDLENTITY:padtokeyU_padtokeyPADTOKEY.Vhd1)目的：将板上键盘变为16个按键，从左上到右下，按键按下时，对应输出为1，松开为0;支持多个按键(必须是同一行)同时按下，带防抖,与NANOBOARD库中器件KEYPAD直接相连2)管脚说明：Y[15..0]16个按键输出；CPIN时钟脉冲输入按10MHz设计;复位RICOL[3..0]、OROW[3..0]连接KEYPAD器件VHDL语言程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_