多功能数字钟设计.doc

多功能数字钟设计实验报告院系：电信系班级：通信0709姓名：黎子鹏学号：U200718522指导老师：周波多功能数字钟设计一、实验目的1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术设计输入、编译、仿真和器件编程；2.熟悉一种EDA软件使用；3.掌握Verilog设计方法；4.掌握分模块分层次的设计方法；5.用Verilog完成一个多功能数字钟设计。二、实验任务1.已知条件 A.MAX+Plus II软件 B.FPGA实验开发装置(该装置可以提供3路时钟信号和译码显示电路）2. 基本功能 A.具有“秒”、“分”、“时”计时功能，小时按24小时制计时 B.具有校时功能，能对“分”和“小时”进行调整3.扩展功能 A.仿广播电台正点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号， 在59分59秒时发出一次高音1024Hz信号，音响持续1秒钟，在1024Hz音响结束 时刻为整点 B.定时控制，其时间自定3、 实验设计总体框图：单元电路设计：（1） 分秒计数器的设计 分秒计数器为60进制计数器，其计数规律为0001585900。 对应 于数码显示管，必须设计成BCD计数。因此可以设计成10进制和6进制级联。 10进制的Verilog代码如下：module counter10(Q,nCR,EN,CP);input nCR,EN,CP;output 3:0Q;reg 3:0Q;always(posedge CP )begin if(nCR) Q=4b0000; else if(EN) Q=Q; else if(Q=4b1001) Q=4b0000; else Q=Q+1b1;endendmodule 六进制的Verilog代码如下：module counter6(Q,nCR,EN,CP);input nCR,EN,CP;output 3:0Q;reg 3:0Q;always(posedge CP or negedge nCR )begin if(nCR) Q=4b0000; else if(EN) Q=Q; else if(Q=4b0101) Q=4b0000; else Q=Q+1b1;endendmodule10进制和6进制的级联代码放置顶层文件top_clock中，将在后面介绍。（2）时计数器的设计 时计数器是一个24进制计数器，即当数字钟运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒。具体代码如下：module counter24(CntH,CntL,nCR,EN,CP);input CP,nCR,EN;output 3:0CntH,CntL;reg 3:0CntH,CntL;reg CO;always(posedge CP or negedge nCR)beginif(nCR) CntH,CntL=8h00;else if(EN) CntH,CntL2)|(CntL9)|(CntH=2)&(CntL=3)CntH,CntL=8h00;else if(CntH=2)&(CntL3)beginCntH=CntH; CntL=CntL+1b1;endelse if(CntL=9)beginCntH=CntH+1b1;CntL=4b0000;endelsebeginCntH=CntH;CntL=CntL+1b1;endendendmodule（3） 校时功能 当时钟不准确时，我们可以通过校时按钮来调整时间。 设计思路是通过校时按钮发出的信号，作用计数的级联进位端，从而调整时间。具体就是让校时端参与进位使能端。具体代码也放在top_clock中。（4） 仿广播电台正点报时功能 在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号，在59分59秒时发出一次高音1024Hz信号，音响持续1秒钟，在1024Hz音响结束时刻为整点。 设计思路是利用FPGA实验开发装置提供的另一路1024Hz CPs时钟信号来实现仿广播电台正点报时功能。 取要进入蜂鸣端的信号为Cout。当时间不在59分51秒、53秒、55秒、57秒、59秒时，Cout为低电平。当在59分51秒、53秒、55秒、57秒时，每次遇到CPs的上跳沿就翻转一次，这样刚好Cout为512Hz的信号，而在59分59秒时，取Cout为每次遇到CPs的上跳沿和下跳沿都翻转一次的信号，即为1024Hz信号。而要产生每次遇到CPs的上跳沿和下跳沿都翻转一次的信号，可用每次遇到CPs上跳沿翻转一次产生的信号和每次遇到CPs下跳沿翻转一次产生的信号相异或而得到，即为1024Hz的信号。每次遇到CPs上跳沿翻转一次产生信号的代码实现如下：module speak1(Q1,CPs);input CPs;output Q1;reg Q1; always (posedge CPs)Q1=Q1; endmodule每次遇到CPs下跳沿翻转一次产生信号的代码实现如下：module speak2(Q2,CPs);input CPs;output Q2;reg Q2;always (negedge CPs)Q2=Q2; endmodule设产生的信号Q1为Cout1，Q2为Cout2。加上选择条件得到Cout的代码如下：assign Cout=(Minute=8h59)&(Second7:4=4h5)&(Second0=1b1)?(Second3=1b1)?(Cout1Cout2):Cout1):0;（4） 定时控制功能 设定定时闹钟为00时14分，当时钟到达00时14分时蜂鸣器发出声音。因为没有发出的声音频率要求，所以采用仿广播电台正点报时功能的设计方法，即在选择条件中加入00时14分。定时控制功能代码和仿广播电台正点报时功能代码合并得Cout代码如下：assign Cout=(Minute=8h59)&(Second7:4=4h5)&(Second0=1b1)|(Hour=8h00)&(Minute=8h14)?(Second3=1b1)?(Cout1Cout2):Cout1):0;综合上述单元电路代码得到的顶层文件代码如下：module top_clock(Hour,Minute,Second,Cout,CP,CPs,nCR,EN,Adj_Min,Adj_Hour);input CP,CPs,nCR,EN,Adj_Min,Adj_Hour; /定义输入端口变量output 7:0Hour,Minute,Second; /定义输出端口变量output Cout; wire 7:0Hour,Minute,Second; /说明变量的类型wire CPs,dingshi_EN;wire Cout,Cout1,Cout2; supply1 Vdd;wire MinL_EN,MinH_EN,Hour_EN; /定义中间变量/=Hour：Minute：Second counter=/60进制秒计数器：调用10进制和6进制底层模块构成 counter10 U1(Second3:0,nCR,EN,CP); /秒计数器个位counter6 U2(Second7:4,nCR,(Second3:0=4h9),CP); /秒计数器十位 assign MinL_EN=Adj_Min?Vdd:(Second=8h59);/产生分钟计数器使能信号。Adj_Min=1，校正分钟；Adj_Min=0，分钟正常计时assign MinH_EN=(Adj_Min&(Minute3:0=4h9)|(Minute3:0=4h9)&(Second=8h59); /60进制分钟计数器：调用10进制和6进制底层模块构成counter10 U3(Minute3:0,nCR,MinL_EN,CP); /分计数器个位counter6 U4(Minute7:4,nCR,MinH_EN,CP); /分计数器十位 /产生小时计数器使能信号。Adj_Min=1，校正小时；Adj_Min=0，小时正常计时 assign Hour_EN=Adj_Hour?Vdd:(Minute=8h59)&(Second=8h59); /24进制小时计数器：调用24进制底层模块构成 counter24 U5(Hour7:4,Hour3:0,nCR,Hour_EN,CP); /小时计数器 speak2 U6(Cout2,CPs); /每次遇到CPs上跳沿翻转一次产生的信号 speak1 U7(Cout1,CPs); /每次遇到CPs下跳沿翻转一次产生的信号/产生蜂鸣信号，实现仿广播电台正点报时和定时控制功能assign Cout=(Minute=8h59)&(Second7:4=4h5)&(Second0=1b1)|(Hour=8h00)&(Minute=8h14)?(Second3=1b1)?(Cout1Cout2):Cout1):0;endmodule 四、仿真波形:整个系统的波形如下所示：计时功能的波形如下所示：校时功能的波形如下图所示校分钟的波形：校时钟的波形：仿广播电台正点报时功能的波形如下图所示：定时控制的波形如下图所示：定时控制设为00时14分五、管脚分配：Adj_Hour:Input Pin=9;Adj_Min:Input Pin=8;Cout:Input Pin=83; CP:Input Pin=3;CPs:Input Pin=6;EN:Input Pin=10;Hour0:Output Pin=60;Hour1:Output Pin=61;Hour2:Output Pin=62;Hour3:Output Pin=64;Hour4:Output Pin=65; Hour5:Output Pin=66; Hour6:Output Pin=67;Hour7:Output Pin=69; Minute0:Output Pin=38; Minute1:Output Pin=39;Minute2:Output Pin=47 Minute3:Output Pin=48; Minute4:Output Pin=49; Minute5:Output Pin=50;Minute6:Output Pin=51;Minute7:Output Pin=52; nCR:Input Pin=11;Second0:Output Pin=21; Second1:Output Pin=22; Second2:Output Pin=23;Second3:Output Pin=24; Second4:Output Pin=25; Second5:Output Pin=27; Second6:Output Pin=28; Second7:Output Pin=29; 其中CP接1Hz，CPs接1024Hz。管脚说明：按键管脚号管脚名功能说明Adj_Hour9K2按下该键，每隔1s，小时显示增1，到23后又回到00Adj_Min8K1按下该键，每隔1s，分钟显示增1，到59后又回到00Cout83SPK为输入蜂鸣器的信号，起报时和定时控制作用CP3CLK0为基本计时功能的脉冲，为1HzCPs6CLK2为报时和定时控制的脉冲，为1024HzEN10K3为使能按键，按下该键，系统才工作nCR11K4为清零按键，按下该键，显示管的显示清零6、 现场实测 将CLK0接1Hz，CLK2接1024Hz。当按下K3和K4时，系统正常计时。如果再按下K3，系统不工作。如果在系统工作时，按下K4时，显示管清零。如果按下K2，小时显示的数字每隔1s增1，到23后又回到00。如果按下K1，分钟显示的数字每隔1s增1，到59后又回到00。如果不按下K1、K2，系统正常计时。当时间到了00时14分时，系统将发出声音信号，报时1分钟。当时间到了在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号，在59分59秒时发出一次高音1024Hz信号，音响持续1秒钟，在1024Hz音响结束时刻为整点。7、 实验