数字钟VHDL 数字电路课程设计.doc

数字电路与自动化课程设计报告 设计题目：数字电子钟 姓名：林立萍 陈平英 班级：10级应电2班 学号：1006010225 1006010213 小组成员：林立萍0225 陈平英0213 设计时间：2011年12月15日2011年12月30日目录 一 . 设计目的 二 . 设计要求 三 . 设计方案四 . 设计原理五 . 设计过程六 . 调试过程中的问题和解决方法七. 设计小结 八 VHDL程序九 . EDA实物图片十. 参考书目 一、设计目的 1.熟练地运用数字系统的设计方法进行数字系统的设计； 2.掌握运用数字钟的VHDL语言设计方法； 3.熟悉编程的过程； 4.理解运用分频、计时、多路选择器等课本理论； 5.进一步的学习电路的调试;二、设计要求1、 显示 （1）小时分钟秒钟 （2）小时、分钟和秒钟各用两个数码管来显示 （3）小时、分钟、秒钟之间用一杠来显示 （4） 杠每秒闪烁一次2、时钟（1）一个时钟3、整点报时（当整点的时候，LED闪烁）4、校准（1）能够实现对小时、分钟、秒钟的调整 （2）按键去抖动 三、设计方案：1、采用一个时钟信号，即扫描时钟，而秒时钟通过扫描时钟分频得到的。2、利用嵌套的模式，在秒时钟的情况下且无模式选择时，让秒分时自动跳时。3、使用防抖动的原理，减少按键产生的干扰。4、当按键an1有效时，运用多路选择器，依次实现校时、校分和校秒多种模式的选择，在校准模式的时候，让数码管闪烁，杠不闪烁。当按键an2有效时，当模式选择在校时或校分或校秒时，其数码管显示的值累加；当按键an3有效时，当模式选择在校时或校分或校秒时，其数码管显示的值递减。5、 在整点时，运用流水灯进行整点报时显示。6、 用阴极数码管来译码显示时分秒的数值。四、设计原理 1、定义模块1、动态扫描模块2、分频模块3、去抖动模块4、模式选择模块5、（显示+闪烁）模块6、跳时模块7、校时模块（加法模块和减法模块）8、整点报时模块（LED灯移位显示模块）9、译码模块五、设计过程1、定义模块（1）、定义实体：对输入信号（扫描时钟sec_clk，按键(an1,an2,an3)）、输出信号(动态扫描seg，LED输出temp,七段数码管data)进行声明（2）、定义结构体：对中间信号进行声明。1、动态扫描模块在扫描时钟为上升沿的时候，进行计数，再将中间信号赋值给输出seg，达到轮流显示，由于扫描时钟的频率大于人的视觉惰性20ms，所以我们看过去，八个数码管能够全部同时看到数字，。process(sec_clk)-动态扫描begin if rising_edge(sec_clk) then cnt=cnt+1; end if;end process;seg=cnt;2、 分频模块 在扫描时钟为上升沿的时候，进行计数，然后对扫描时钟进行1024分频，将其值赋给秒时钟clk，对扫描时钟进行64分频，将其值赋给秒时钟clk1。process(sec_clk,n)-分频beginif rising_edge(sec_clk) then n=n+1; end if;clk=n(9);clk1=n(6);end process;3、 去抖动模块由于按键输入时会有抖动干扰，对输出会产生误差，因此对按键进行去抖动，当扫描时钟为上升沿的时候，采用对按键进行移位延迟输出，即当按键输出满足四个高电平时，才使得按键输出有效，从而达到去抖动的效果。process(clk1)-去抖动 beginif rising_edge(clk1) then An_out(3 downto 0)= An_out(2 downto 0)& an1; Bn_out(3 downto 0)= Bn_out(2 downto 0)& an2; Cn_out(3 downto 0)= Cn_out(2 downto 0)& an3; if An_out=1111 then an1_out=1; else an1_out=0; end if; if Bn_out=1111 then an2_out=1; else an2_out=0;end if; if Cn_out=1111 then an3_out=1; else an3_out=0; end if;end if;end process;4、 模式选择模块在按键an1有效输出的情况下，对tz进行计数 ，选择时分秒的模块。process(an1_out)-模式的选择beginif an1_out=1 then tzif tz=01 then if clk=1 then -秒的个位的闪烁 dec=round(3 downto 0); else dec=1110 ; end if; else decif tz=01 then if clk=1 then -秒的十位的闪烁 dec=0&round(6 downto 4); else dec=1110 ; end if; else decif tz=10 then if clk=1 then -分的个位的闪烁 dec=round(10 downto 7); else dec=1110 ; end if; else decif tz=10 then if clk=1 then -分的十位的闪烁 dec=0&round(13 downto 11); else dec=1110 ; end if; else decif tz=11 then if clk=1 then -时的个位的闪烁 dec=round(17 downto 14); else dec=1110 ; end if; else decif tz=11 then if clk=1 then -时的十位的闪烁 dec=0&0&round(19 downto 18); else dec=1110 ; end if; else decif tz=01 or tz=10 or tz=11 then dec=1010; else decdec=1011;-不显示end case;end process;process(tz,clk)-横的闪烁beginif tz=00 then if clk=1 then round(23 downto 20)=1010; else round(23 downto 20)=1011; end if;else round(23 downto 20)1 and round(17 downto 14)3 then round(19 downto 0)=00000000000000000000;-清零 else if round (3 downto 0)9 then round(3 downto 0)= round(3 downto 0)+1;-秒个位的跳时 else round(3 downto 0)=0000; -清零 if round (6 downto 4)5 then round(6 downto 4)= round(6 downto 4)+1;-秒十位的跳时 else round(6 downto 4)=000;-清零 if round (10 downto 7)9 then round(10 downto 7)= round(10 downto 7)+1;-分个位的跳时 else round(10 downto 7)=0000;-清零 if round (13 downto 11)5 then round(13 downto 11)= round(13 downto 11)+1;-分十位的跳时 else round(13 downto 11)=000;-清零 if round ( 17 downto 14)9 then round(17 downto 14)= round(17 downto 14)+1;-时个位的跳时 else round(17 downto 14)=0000;-清零 if round (19 downto 18)3 then round(19 downto 18)= round(19 downto 18)+1;-时十位的跳时 else round(19 downto 18)=00;-清零 end if; end if; end if; end if; end if; end if;end if;7、 校时模块当按键an1有效时，当模式选择分别在秒、分、时块，分别进行加法计数和减法计数。 elsif tz=01 then -校秒 if an2_out=1and an3_out=0 then if round (3 downto 0)9 then round(3 downto 0)= round(3 downto 0)+1; else round(3 downto 0)=0000; if round (6 downto 4)5 then round(6 downto 4)= round(6 downto 4)+1; else round(6 downto 4)0 then round(3 downto 0)= round(3 downto 0)-1; else round(3 downto 0)0 then round(6 downto 4)= round(6 downto 4)-1; else round(6 downto 4)=101; end if; end if; end if; elsif tz=10 then-校分 if an2_out=1 and an3_out=0 then if round (10 downto 7)9 then round(10 downto 7)= round(10 downto 7)+1; else round(10 downto 7)=0000; if round (13 downto 11)5 then round(13 downto 11)= round(13 downto 11)+1; else round(13 downto 11)0 then round(10 downto 7)= round(10 downto 7)-1; else round(10 downto 7)0 then round(13 downto 11)= round(13 downto 11)-1; else round (13 downto 11)1 and round(17 downto 14)3 then round( 19 downto 18)=00; else if round( 17 downto 14)9 then round(17 downto 14)= round(17 downto 14)+1; else round(17 downto 14)=0000; if round ( 19 downto 18 )3 then round( 19 downto 18)= round( 19 downto 18)+1; else round( 19 downto 18)=00; end if; end if; end if; elsif an2_out=0 and an3_out=1 then if round(19 downto 18)=0 and round(17 downto 14)=0 then round( 19 downto 18)=10; round(17 downto 14)0 then round(17 downto 14)= round(17 downto 14)-1; else round( 17 downto 14)0 then round( 19 downto 18)= round( 19 downto 18)-1; else round( 19 downto 18)=10 ; end if; end if; end if; end if; end if;end if;end process;8、 整点报时模块（LED灯移位显示模块）当整点时，即分模块为零，dbs为高电平，则LED灯进行移位显示，否则不显示。process(round)-整点报时begin if round(10 downto 7)=0 and round(13 downto 11)=0 then dbs=1; else dbs=0; end if;end process;process(dbs)-流水灯beginif dbs=1 and rising_edge(clk) then if dtemp=00000000 then dtemp=1& dtemp(7 downto 1); elsif dtemp=00000001 then dtemp0); else dtemp=0&dtemp(7 downto 1); end if; end if;end process;tempdatadatadatadatadatadatadatadatadatadatadatadatadata=0000000; end case; end process;6、 调试过程中的问题和解决方法：我们先做分频模块，对程序进行综合时，发现时钟定义出错，分频概念不懂得运用，通过查资料，问老师和同学，最终实现了分频模块功能。接下来再做扫描模块，综合完之后，发现数码管不能显示，经过查看程序之后，发现没有扫描计数进行赋值输出。在设计按键去抖动模块时，发现按键an3没有作用，之后对按键an3赋予一个LED灯输出，发现按键an3高电平时，LED灯没有输出，检查程序，发现按键之间的嵌套出错，修改程序之后，可以实现按键an3的输出，最终达到去抖动功能。由于跳时、校时和模式选择我们选择嵌套模式，在嵌套过程中混乱，其中不能进行跳时，还有模式选择不起作用，并且所选择的模块无法进行闪烁，做完加法模块之后，我们考虑再做减法模块。在做减法计数时，数值为零时，不能正确赋值，检查程序后，一步一步进行改错、综合、调试，实现跳时，校时的功能。在做整点报时模块时，本想让流水灯在整点时进行移位闪烁，由于条件判断错误，使得流水灯只有在十秒时才移一个灯，通过咨询同学我们的问题，修改程序之后，达到预想的结果。七、设计小结通过这次的课程设计使我对数电软件知识有了更深的了解，从一开始只懂得对老师所给的程序进行编程，再到自己逐渐了解程序、编写程序、调试修改程序，逐步懂得程序综合完后所提示的错误，并且能够根据所提示的错误，进行针对性的修改。在课程设计中，我们更深一步的认识到了quartus II的用法，更加了解如何调试程序，检查程序中存在的问题，如何解决问题。也知道了理论和实践相结合，学与致用。八、VHDL程序 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity llo isport(sec_clk : in std_logic;-扫描时钟 an1、an2、an3: in std_logic;-按键 seg:out std_logic_vector(2 downto 0); -动态扫描输出 temp: out std_logic_vector( 7 downto 0);-LED灯 data: out std_logic_vector( 6 downto 0); -七段数码管 end;architecture one of llo issignal round:std_logic_vector(23 downto 0);-秒分时的显示signal cnt: std_logic_vector(2 downto 0);signal tz: std_logic_vector(1 downto 0);-多路选择器signal dec: std_logic_vector(3 downto 0);-选择signal An_out :std_logic_vector(3 downto 0);signal Bn_out :std_logic_vector(3 downto 0);signal Cn_out :std_logic_vector(3 downto 0);signal dtemp :std_logic_vector(7 downto 0);-彩灯signal an1_out: std_logic;signal an2_out: std_logic;signal an3_out: std_logic;signal n :std_logic_vector(9 downto 0);signal clk: std_logic;-秒时钟signal clk1: std_logic;-秒时钟signal dbs: std_logic;-报时的显示 beginprocess(sec_clk)-扫描begin if rising_edge(sec_clk) then cnt=cnt+1; end if;end process;seg=cnt;process(sec_clk,n)-分频beginif rising_edge(sec_clk) then n=n+1; end if;clk=n(9);clk1=n(6);end process;process(clk1)-去抖动 beginif rising_edge(clk1) then An_out(3 downto 0)= An_out(2 downto 0)& an1; Bn_out(3 downto 0)= Bn_out(2 downto 0)& an2; Cn_out(3 downto 0)= Cn_out(2 downto 0)& an3; if An_out=1111 then an1_out=1; else an1_out=0; end if; if Bn_out=1111 then an2_out=1; else an2_out=0;end if; if Cn_out=1111 then an3_out=1; else an3_out=0; end if;end if;end process;process(an1_out)-模式的选择beginif an1_out=1 then tzif tz=01 then if clk=1 then -秒的个位的闪烁 dec=round(3 downto 0); else dec=1110 ; end if; else decif tz=01 then if clk=1 then -秒的十位的闪烁 dec=0&round(6 downto 4); else dec=1110 ; end if; else decif tz=10 then if clk=1 then -分的个位的闪烁 dec=round(10 downto 7); else dec=1110 ; end if; else decif tz=10 then if clk=1 then -分的十位的闪烁 dec=0&round(13 downto 11); else dec=1110 ; end if; else decif tz=11 then if clk=1 then -时的个位的闪烁 dec=round(17 downto 14); else dec=1110 ; end if; else decif tz=11 then if clk=1 then -时的十位的闪烁 dec=0&0&round(19 downto 18); else dec=1110 ; end if; else decif tz=01 or tz=10 or tz=11 then dec=1010; else decdec=1011;-不显示end case;end process;process(tz,clk)-横的闪烁beginif tz=00 then if clk=1 then round(23 downto 20)=1010; else round(23 downto 20)=1011; end if;else round(23 downto 20)1 and round(17 downto 14)3 then round(19 downto 0)=00000000000000000000;-清零 else if round (3 downto 0)9 then round(3 downto 0)= round(3 downto 0)+1;-秒个位的跳时 else round(3 downto 0)=0000; -清零 if round (6 downto 4)5 then round(6 downto 4)= round(6 downto 4)+1;-秒十位的跳时 else round(6 downto 4)=000;-清零 if round (10 downto 7)9 then round(10 downto 7)= round(10 downto 7)+1;-分个位的跳时 else round(10 downto 7)=0000;-清零 if round (13 downto 11)5 then round(13 downto 11)= round(13 downto 11)+1;-分十位的跳时 else round(13 downto 11)=000;-清零 if round ( 17 downto 14)9 then round(17 downto 14)= round(17 downto 14)+1;-时个位的跳时 else round(17 downto 14)=0000;-清零 if round (19 downto 18)3 then round(19 downto 18)= round(19 downto 18)+1;-时十位的跳时 else round(19 downto 18)=00;-清零 end if; end if; end if; end if; end if; end if; end if; elsif tz=01 then -校秒 if an2_out=1and an3_out=0 then if round (3 downto 0)9 then round(3 downto 0)= round(3 downto 0)+1; else round(3 downto 0)=0000; if round (6 downto 4)5 then round(6 downto 4)= round(6 downto 4)+1; else round(6 downto 4)0 then round(3 downto 0)= round(3 downto 0)-1; else round(3 downto 0)0 then round(6 downto 4)= round(6 downto 4)-1; else round(6 downto 4)=101; end if; end if; end if; elsif tz=10 then-校分 if an2_out=1 and an3_out=0 then if round (10 downto 7)9 then round(10 downto 7)= round(10 downto 7)+1; else round(10 downto 7)=0000; if round (13 downto 11)5 then round(13 downto 11)= round(13 downto 11)+1; else round(13 downto 11)0 then round(10 downto 7)= round(10 downto 7)-1; else round(10 downto 7)0 then round(13 downto 11)= round(13 downto 11)-1; else round (13 downto 11)1 and round(17 downto 14)3 then round( 19 downto 18)=00; else if rou