数字电路课程设计--数字钟的设计与实现.doc

学 号 数字电路课程设计设计说明书数字钟的设计与实现起止日期： 2013年 6 月 25日 至 2013 年 6 月 28日学生姓名班级成绩指导教师(签字) 计算机与信息工程学院 2013年6月28 日目录一、引言. . . . 2二、实验要求. . .2三、实验目的. . .2四、实验内容. . . 2五、实验原理. . . 2六、实验连线. . . 3七、数字钟VHDL文本. . . 3八、总结. . .111、 引言 数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒，数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭，车站，码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大地方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、校时自动打铃、时间程序自动控制、定是广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用有着非常现实的意义。 二、实验要求1具有时，分，秒，计数显示功能，以24小时循环计时。2具有清零，调节小时、分钟功能。3. 具有整点报时功能，整点报时的同时LED灯花样显示。三、实验目的1掌握多位计数器相连的设计方法。2掌握十进制、六进制、二十四进制计数器的设计方法。3巩固多位共阴极扫描显示数码管的驱动及编码。4掌握扬声器的驱动。5LED灯的花样显示。6. 掌握CPLD技术的层次化设计方法。四 、实验内容1.根据电路持点，可在教师指导下用层次设计概念，将此设计任务分成若干模块，规定每一模块的功能和各模块之间的接口，让几个学生分做和调试其中之一，然后再将各模块合起来联试，以培养学生之间的合作精神，同时加深层次化设计概念。 2.了解软件的元件管理深层含义，以及模块元件之间的连接概念。了解如何融合不同目录下的统一设计。模块说明:各种进制的计数及时钟控制模块（10进制、6进制、24进制）;扫描分时显示,译码模块;彩灯,扬声器编码模块; 各模块都是由VHDL语言编写。数字钟各模块连接示意图五、实验原理 1时钟计数：秒60进制BCD码计数；分60进制BCDD码计数；时24进制BCDD码计数；整个计数器有清零，调分，调时功能，在接近整数时间能提供报时信号。2具有驱动8位八段共阴扫描数码管的片选驱动信号输出和八段字形译码输出，编码和扫描部分可参照前面实验。3扬声器在整点时有报时驱动信号产生。4. LED灯在整点时有花样显示信号产生。六、 实验连线输入接口：1 代表清零，调时，调分信号RESET，SETHOUR，SETMIN的管脚分别已经连接按键开关。2 代表计数时钟信号CLK和扫描时钟信号CKDSP的管脚分别已经同1HZ时钟源和32HZ（或更高）时钟源相连。3 Reset键为低电平复位，已经接上。输出接口：1 代表扫描显示的驱动信号管脚SCAN2，SCAN1，SCAN0已经接到实验箱上的SCAN0SCAN2，AG接八位数码管显示模块的AG。2 代表花样LED灯显示的信号管脚LAMP0LAMP2已经同3个LED灯相连。代表到时LED灯闪烁提示的ENHOUR接LED灯。 SETHOUR、SETMIN分别对应CPU板上的PB0、PB1（有些CPU板对应的标识是SW1、SW2）RESET对应CPU板上的RESETCLKDSP对应CPU板上的50MHz固定晶振输入。LAMP对应IO9-IO11。CLK，对应IO3。 功能选择位M3.0状态为0010，左端8个数码管，低8位为7位段加小数点选取位，高8位为8个数码管com端选取，即如果要选取数码管0，则发送总线值为：1111 1110 1111 1111，如要选取数码管1，则发送总线值为：1111 1101 1111 1111，此时所选数码管7段和DP位将全部亮。 实验接线：用导线连接IO3与ADJ_CLK，调整SW17-SW20，使输出频率为1Hz；IO9-IO11接到L1-L3上； IO5接到蜂鸣器的BUZZER控制端口。 按下PB0、PB1（有些CPU板对应的标识是SW1、SW2）可以调整时钟，分钟。七、数字钟VHDL文本 本设计全部采用VHDL文本描述，所有文本存放在同一个工作文件夹中。可先录入底层文件，把某个底层文件设为当时的顶层，保存、编译、仿真、退出；再录入另一个底层文件；这样把所有底层文件一一录入；最后录入顶层文件，并保存、编译、仿真，再下载顶层文件到器件实现硬件功能。 7.1、顶层文本（clock_top.vhd)library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity clock_top is port(clk,reset,setmin,sethour,clkdsp:in std_logic; speaker:out std_logic; lamp:out std_logic_vector(2 downto 0); sel:out std_logic_vector(2 downto 0); a,b,c,d,e,f,g,dpout:out std_logic);end clock_top;architecture a of clock_top isCOMPONENT second PORT( clk,reset,setmin:IN STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(6 downto 0); enmin:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT minute PORT( clk,clk1,reset,sethour:IN STD_LOGIC; enhour:OUT STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(6 downto 0);END COMPONENT;COMPONENT hour port( clk,reset:IN STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(5 downto 0);END COMPONENT;COMPONENT alert PORT( clk:IN STD_LOGIC; dain:in std_logic_vector(6 downto 0); lamp:out std_logic_vector(2 downto 0); speak:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT seltime PORT( clk1,reset:IN STD_LOGIC; sec,min:in std_logic_vector(6 downto 0); hour:in std_logic_vector(5 downto 0); dp:out std_logic; daout:out std_logic_vector(3 downto 0); sel:OUT STD_LOGIC_vector(2 downto 0);END COMPONENT;COMPONENT deled PORT( num:IN STD_LOGIC_vector(3 downto 0); led:out std_logic_vector(6 downto 0);END COMPONENT;signal enmin_re,enhour_re:std_logic;signal second_daout,minute_daout:std_logic_vector(6 downto 0);signal hour_daout:std_logic_vector(5 downto 0);signal seltime_daout:std_logic_vector(3 downto 0);signal ledout:std_logic_vector(6 downto 0);begina=ledout(6);b=ledout(5);c=ledout(4);d=ledout(3);e=ledout(2);f=ledout(1);greset, clk=clk, setmin=setmin, enmin=enmin_re, daout=second_daout);u2:minute port map(clk=enmin_re, clk1=clk, reset=reset, sethour=sethour, enhour=enhour_re, daout=minute_daout);u3:hour port map(clk=enhour_re, reset=reset, daout=hour_daout);u4:alert port map(clk=clk, dain=minute_daout, speak=speaker, lamp=lamp);u5:seltime port map(clk=clkdsp, reset=reset, sec=second_daout, min=minute_daout, hour=hour_daout, daout=seltime_daout, dp=dpout, sel=sel);u6:deled port map(num=seltime_daout, led=ledout);end a;7.2、秒计数器（second.vhd) 为底层文本LIBRARY ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY second IS PORT( clk,reset,setmin:IN STD_LOGIC; enmin:OUT STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(6 downto 0);END entity second;ARCHITECTURE fun OF second IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0); SIGNAL enmin_1,enmin_2:STD_LOGIC;BEGIN daout=count; enmin_2=(enmin_1 or enmin_2); enmin=(enmin_1 or enmin_2);process(clk,reset,setmin)begin if(reset=0)then count =0000000; elsif(clkevent and clk=1)then if(count(3 downto 0)=1001)then if(count=16#60#)then if(count=1011001)then enmin_1=1;count=0000000; else count=count+7; end if; else count=0000000; end if; elsif(count16#60#)then count=count+1; enmin_1=1after 100 ns; else count=0000000; end if; end if;end process;END fun;7.3分计数器（minute.vhd） 为底层文本LIBRARY ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY minute IS PORT( clk,clk1,reset,sethour:IN STD_LOGIC; enhour:OUT STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector (6 downto 0);END entity minute;ARCHITECTURE fun OF minute IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR (6 downto 0); SIGNAL enhour_1,enhour_2:STD_LOGIC;BEGIN daout=count; enhour_2=(sethour and clk1); enhour=(enhour_1 and enhour_2);process(clk,reset,sethour) begin if(reset=0)then count=0000000; elsif(clk event and clk=1)then if(count(3 downto 0)=1001)then if(count16#16#)then if(count=1011001)then enhour_1=1; count=0000000;ELSE count=count+7; end if; else count=0000000; end if; elsif(count16#16#)then count=count+1; enhour_1=0after 100 ns; else count=0000000; end if; end if; end process; END fun; 7.4小时文本（hour.vhd) 为底层文本HOURLIBRARY ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY hour ISPORT(clk,reset: INSTD_LOGIC;daout: out std_logic_vector (5 downto 0);END entity hour;ARCHITECTURE fun OF hour ISSIGNAL count: STD_LOGIC_VECTOR( 5 downto 0);BEGIN daout = count; process ( clk,reset) begin if (reset=0) then count = 000000; elsif (clk event and clk=1) then if (count(3 downto 0)=1001) then if (count 16#23#) then count=count + 7; else count=000000; end if; elsif(count 16#23#) then count = count + 1; else count=000000; end if; end if; end process;END fun;7.5时间数据扫描分时选择模块文本（seltime.vhd) 为底层文本LIBRARY ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;ENTITY seltime ISPORT(clk1, reset: INSTD_LOGIC;sec,min : INSTD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0);hour : in std_logic_vector (5 downto 0);daout: OUTSTD_LOGIC_vector (3 downto 0);sel : out std_logic_vector ( 2 downto 0);END seltime;ARCHITECTURE fun OF seltime ISSIGNAL count: STD_LOGIC_vector ( 2 downto 0);BEGIN sel = count; process ( clk1,reset) begin if (reset =0) then count = 101) then count = 000; else count daout daout(3) = 0; daout(2 downto 0) daout da