基于VHDL的多功能数字钟设计报告

基于VHDL的多功能数字钟设计报告021215班卫时章02121451一、设计要求1、具有以二十四小时制计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。2、设计精度要求为1秒。二、设计环境：QuartusII三、系统功能描述1、系统输入：时钟信号clk采用50MHz；系统状态及较时、定时转换的控制信号为k、set，校时复位信号为reset，均由按键信号产生。2、系统输出：LED显示输出；蜂鸣器声音信号输出。3、多功能数字电子钟系统功能的具体描述如下：（一）计时：正常工作状态下，每日按24h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。（二）校时：在计时显示状态下，按下“k”键，进入“小时”待校准状态，若此时按下“set”键，小时开始校准；之后按下“k”键则进入“分”待校准状态；继续按下“k”键则进入“秒”待复零状态；再次按下“k”键数码管显示闹钟时间，并进入闹钟“小时”待校准状态；再次按下“k”键则进入闹钟“分”待校准状态；若再按下“k”键恢复到正常计时显示状态。若校时过程中按下“reset”键，则系统恢复到正常计数状态。（1）“小时”校准状态：在“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（2）“分”校准状态：在“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（3）“秒”校准状态：在“秒复零”状态下，显示“秒”的数码管以2Hz闪烁，并以1Hz的频率递增计数。（4）闹钟“小时”校准状态：在闹钟“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（5）闹钟“分”校准状态：在闹钟“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（三）整点报时：蜂鸣器在“59”分钟的第“51”、“53”、“55”、“57”秒发频率为500Hz的低音，在“59”分钟的第“59”秒发频率为1000Hz的高音，结束时为整点。（四）显示：采用扫描显示方式驱动4个LED数码管显示小时、分，秒由两组led灯以4位BCD码显示。（五）闹钟：闹钟定时时间到，蜂鸣器发出频率为1000Hz的高音，持续时间为60秒。四、各个模块分析说明1、分频器模块(freq.vhd)（1）模块说明：输入一个频率为50MHz的CLK，利用计数器分出1KHz的q1KHz，500Hz的q500Hz，2Hz的q2Hz和1Hz的q1Hz。（2）源程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityfreqisport(CLK:instd_logic;--输入时钟信号q1KHz:bufferstd_logic;q500Hz:bufferstd_logic;q2Hz:bufferstd_logic;q1Hz:outstd_logic);endfreq;architecturebhvoffreqisbeginP1KHZ:process(CLK)variablecout:integer:=0;beginifCLK'eventandCLK='1'thencout:=cout+1;--每来个时钟上升沿时cout开始计数ifcout=25000thenq1KHz='0';--当cout=25000时，q1KHz输出“0”elsifcout50000thenq1KHz='1';--当25000cout=50000时，q1KHzelsecout:=0;--输出“1”，完成1KHz频率输出endif;endif;endprocess;P500HZ:process(q1KHz)--q1KHz作为输入信号，分出q500Hzvariablecout:integer:=0;beginifq1KHz'eventandq1KHz='1'thencout:=cout+1;ifcout=1thenq500Hz='0';--二分频elsifcout=2thencout:=0;q500Hz='1';endif;endif;endprocess;P2HZ:process(q500Hz)variablecout:integer:=0;beginifq500Hz'eventandq500Hz='1'thencout:=cout+1;ifcout=125thenq2Hz='0';elsifcout250thenq2Hz='1';elsecout:=0;endif;endif;endprocess;P1HZ:process(q2Hz)variablecout:integer:=0;beginifq2Hz'eventandq2Hz='1'thencout:=cout+1;ifcout=1thenq1Hz='0';elsifcout=2thencout:=0;q1Hz='1';endif;endif;endprocess;endbhv;（3）模块图:2、控制器模块(contral.vhd)（1）模块说明：输入端口k，set键来控制6个状态，这六个状态分别是：显示计时时间状态，调计时的时、分、秒的3个状态，调闹铃的时、分的3个状态，reset键是复位键，用来回到显示计时时间的状态。（2）波形仿真图：（3）模块图：3、二选一模块(mux21a.vhd)（1）源程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitymux21aisport(a,b,s:inbit;y:outbit);endentitymux21a;architectureoneofmux21aisbeginprocess(a,b,s)beginifs='0'theny=a;--若s=0,y输出a,反之输出b。elsey=b;endif;endprocess;endarchitectureone;（2）仿真波形图：（3）模块图：4、计时模块a.秒计时(second.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图：b.分计时(minute.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图：c.小时计时(hour.vhd)（1）仿真波形图:（2）模块图：d.闹钟分计时(cntm60b.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图：e.闹钟小时计时(cnth24b.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图:5、闹钟比较模块(compare.vhd)（1）模块说明：比较正常计数时间与闹钟定时时间是否相等，若相等，compout输出“1”，反之输出“0”。（2）仿真波形图：（3）模块图:6、报时模块(bell.vhd)（1）模块说明：该模块既实现了整点报时的功能，又实现了闹铃的功能，蜂鸣器通过所选频率的不同，而发出不同的声音。（2）仿真波形图：（3）模块图：7、控制显示模块(show_con.vhd)（1）模块说明：该模块实现了数码管既可以显示正常时间，又可以显示闹钟时间的功能；调时过程的定时闪烁功能也在此模块中真正实现。（2）源程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityshow_conisport(th1,tm1,ts1:instd_logic_vector(7downto4);th0,tm0,ts0:instd_logic_vector(3downto0);bh1,bm1:instd_logic_vector(7downto4);bh0,bm0:instd_logic_vector(3downto0);sec1,min1,h1:outstd_logic_vector(7downto4);sec0,min0,h0:outstd_logic_vector(3downto0);q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show:instd_logic);endshow_con;architecturertlofshow_conisbeginprocess(th1,tm1,ts1,th0,tm0,ts0,bh1,bm1,bh0,bm0,q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show)beginifsel_show='0'thenif(flashh='1'andq2Hz='1')thenh1=1111;h0=1111;--显示小时数码管以2Hz闪烁min1=tm1;min0=tm0;sec1=ts1;sec0=ts0;elsif(flashm='1'andq2Hz='1')thenh1=th1;h0=th0;min1=1111;min0=1111;sec1=ts1;sec0=ts0;elsif(flashs='1'andq2Hz='1')thenh1=th1;h0=th0;min1=tm1;min0=tm0;sec1=1111;sec0=1111;elseh1=th1;h0=th0;min1=tm1;min0=tm0;sec1=ts1;sec0=ts0;endif;elsifsel_show='1'then--若sel_show为“1”，数码管显示闹钟时间if(flashh='1'andq2Hz='1')thenh1=1111;h0=1111;min1=bm1;min0=bm0;sec1=0000;sec0=0000;elsif(flashm='1'andq2Hz='1')thenh1=bh1;h0=bh0;min1=1111;min0=1111;sec1=0000;sec0=0000;elseh1=bh1;h0=bh0;min1=bm1;min0=bm0;sec1=0000;sec0=0000;endif;endif;endprocess;endrtl;（3）模块图：8、动态扫描显示模块(scan_led.vhd)（1）模块说明：由4组输入信号和输出信号进而实现了时钟时、分的动态显示。（2）源程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityscan_ledisport(clk1:instd_logic;h0:instd_logic_vector(3downto0);h1:instd_logic_vector(7downto4);min0:instd_logic_vector(3downto0);min1:instd_logic_vector(7downto4);ML:outstd_logic_vector(7downto0);MH:outstd_logic_vector(7downto0);HL:outstd_logic_vector(7downto0);HH:outstd_logic_vector(7downto0));endscan_led;architectureoneofscan_ledissignalcnt4:std_logic_vector(1downto0);signala:std_logic_vector(3downto0);beginp1:process(clk1)beginifclk1'eventandclk1='1'thencnt4=cnt4+1;ifcnt4=3thencnt4=00;endif;endif;endprocessp1;p2:process(cnt4,h1,h0,min1,min0)begincasecnt4is--控制数码管位选when00=casemin0iswhen0000=ML=11000000;when0001=ML=11111001;when0010=ML=10100100;whe