EDA数字钟设计实训报告.doc

EDA实训报告 指 导 教 师朱小祥 田 欢专业电子信息工程技术班级电信1004班姓名 张子维日期2012年5月21日25日一、实训目的 1、了解数字钟的工作原理。 2、进一步熟悉用VHDL语言编写驱动七段码管显示的代码。 3、掌握VHDL编写中的一些小技巧。二、实训原理 多功能数字钟应该具有的功能有：显示时分秒、整点报时、小时和分钟可调等基本功能。首先要知道钟表的工作机理，整个钟表的工作应该是在1Hz信号的作用下进行，这样每来一个时钟信号，秒增加1秒，当秒从59秒跳转到00秒时，分钟增加1分，同时当分钟从59分跳转到00分时，小时增加1小时，但是需要注意的是，小时的范围是从023时。 在实训中为了显示的方便，由于分钟和秒钟显示的范围都是从059，所以可以用一个3位的二进制码显示十位，用一个四位的二进制码（BCD码）显示个位，对于小时因为它的范围是从023，所以可以用一个2位的二进制码显示十位，用4位二进制码（BCD码）显示个位。 实训中由于七段码管是扫描的方式显示，所以虽然时钟需要的是1Hz时钟信号，但是扫描确需要一个比较高频率的信号，因此为了得到准确的1Hz信号，必须对输入的系统时钟进行分频。 对于整点报时功能，用户可以根据系统的硬件结构和自身的具体要求来设计。本实训设计的是当进行整点的倒计时5秒时，让LED来闪烁进行整点报时的提示。三、实训内容 本实验的任务就是设计一个多功能数字钟，要求显示格式为 小时分钟秒钟，整点报时，报时时间为10秒，即从整点前10秒钟开始进行报时提示，喇叭开始发声，直到过整点时，在整点前5秒LED开始闪烁，过整点后，停止闪烁。调整时间的的按键用按键模块的S1和S2，S1调节小时，每按下一次，小时增加一个小时，S2调整分钟，每按下一次，分钟增加一分钟。四、实训步骤 认真听取老师介绍开发板硬件结构，仔细阅读EDA实训指导书，了解数字钟设计程序的大致过程。根据之前写过的“精确24秒倒计时”程序，将其中的各个模块程序进行修改。修改分频模块，将50MHZ分频为1HZ，即周期为1s。修改显示模块，使秒钟和分钟从00至59循环显示，秒钟每次从59跳到00，则分钟增加一分钟，使时钟从00至23循环显示，分钟每次从59跳到00，则时钟增加一小时，在结构体处添加信号声明，使时钟、分钟和秒钟之间的“ ”显示出来，即000000。添加按键模块，使S1,S2,分别控制时钟的加减，使S3,S4分别控制分钟的加减。添加整点报时程序，当秒钟显示到50时，蜂鸣器开始发声，直至秒钟显示为00时停止。完成整个程序后，设置引脚和端口，使其一一对应，然后编译仿真，硬件测试。五、实训VHDL程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity shixun is port ( clk: in std_logic;s1,s2,s3,s4:in std_logic;display: out std_logic_vector(7 downto 0);seg_sel : out std_logic_vector(7 downto 0); bell:buffer std_logic);end ;architecture rtl of shixun is signal segbit: std_logic_vector(7 downto 0); signal disP_decode: std_logic_vector(7 downto 0); signal sec1,sec10,disp_temp:integer range 0 to 10; signal g1,g2: integer range 10 to 10; signal min1,min10: integer range 0 to 9; signal hour1,hour10: integer range 0 to 9; signal clk1hz :std_logic; signal cnt :std_logic_vector(19 downto 0); signal tone : std_logic_vector(10 downto 0); signal tone_count : std_logic_vector(10 downto 0); signal tone_index : std_logic_vector(2 downto 0); signal time : integer range 0 to 7; signal clk2Mhz : std_logic; begin display=disP_decode; seg_sel=segbit; process(clk)variable cnt1:integer range 0 to 49999999;begin if clkevent and clk=1 thenif cnt1=49999999 then cnt1:=0;elseif cnt124999999 then clk1hz=1;else clk1hz=0;end if;cnt1:=cnt1+1; end if; end if; end process; process(clk1hz)begin if (clk1hzevent and clk1hz=1) then if (sec1=9 and sec10=5 and min1=9 and min10=5 and hour1=3 and hour10=2) then sec1=0;sec10=0;min1=0;min10=0;hour1=0;hour10=0;elsif s1=0 thenhour1=hour1+1;if(hour1=9) thenhour1=0;hour10=hour10+1;elseif(hour10=2 and hour1=3) thenhour1=0;hour10=0;end if;end if;elsif s2=0 thenhour1=hour1-1;if(hour10=0 and hour1=0) thenhour1=3;hour10=2;elseif(hour1=0) thenhour1=9;hour10=hour10-1;end if;end if;elsif s3=0then min1=min1+1; if (min1=9) thenmin1=0; min10=min10+1;if(min10=5)then min10=0;end if;end if;elsif s4=0 thenmin1=min1-1;if(min1=0) thenmin1=9; min10=min10-1;if(min10=0) thenmin10=5;end if;end if; else if(sec1=9)then sec1=0; if(sec10=5)then sec10=0; if(min1=9)then min1=0; if(min10=5)then min10=0; if(hour1=9)then hour1=0; hour10=hour10+1; else hour1=hour1+1; end if; else min10=min10+1; end if; else min1=min1+1; end if; else sec10=sec10+1; end if; else sec1=sec1+1; end if; end if; end if; end process;process(cnt(15 downto 13)begin if clk=1 and clkevent then cntsegbitsegbitsegbitsegbitsegbitsegbitsegbitsegbitnull; end case; end if;end process;process(segbit) begin case segbit is when 11111110=disp_tempdisp_tempdisp_tempdisp_tempdisp_tempdisp_tempdisp_tempdisp_tempnull; end case; end process; process(disp_temp) begin case disp_temp iswhen 0=disp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decodedisp_decode=11111111; end case;end process; process(clk) variable cnt1 : integer range 0 to 29; begin if clk=1 and clkevent then if cnt1=24 then cnt1:=0; else if cnt116 then clk2Mhz=1; else clk2Mhz=0; end if; cnt1:=cnt1+1; end if; end if; end process; process(clk1hz) begin if(clk1hzevent and clk1hz=1) then if(time=7) then time=0; else timetone_indextone_indextone_indextone_indextone_indextone_indextone_indextone_indextonetonetonetonetonetonetonetonetone0 and sec10=5 ) then if(clk2Mhzevent and clk2Mhz=1) then if(tone_count=16#7ff#) then tone_count=tone; if(tone2047) then bell=not bell; end if; else tone_count=tone_count+1; end if; end if; elsebell=1;end if; end process; end rtl;六、管脚分配 七、实训结果本实验的是设计一个多功能数字钟，显示格式为“ 小时分钟秒”钟，整点报时，报时时间为10秒，即从整点前10秒钟开始进行报时提示，喇叭开始发声，发出的声音从低到高，是一段连串的循环的音符，直到过整点时。调整时间的的按键用按键模块的S1,S2 ,S3, S4。S1, S2调节小时，S1每按下一次，小时增加一个小时，S2每按下一次, 小时减小一个小时，S3，S4调整分钟，S3每按下一次，分钟增加一分钟,S4每按下一次，分钟减小一分钟。另外用按键作为系统时钟复位，复位后全部显示000000。八、实训总结通过这次实训，我对数字钟的原理和数字钟设计有了很清楚的认识，多功能数字钟具有的功能有：显示时分秒、整点报时、小时和分钟可调等基本功能。实训开发板上的芯片EPM240T100C5，它的时钟信号频率为50MHz，所以要将其分频为1Hz，整个钟表的工作是在1Hz信号的作用下进行，这样每来一个时钟信号，秒增加1秒，当秒从59秒跳转到00秒时，分钟增加1分，同时当分钟从59分跳转到00分时，小时增加1小时，但是需要注意的是，小时的范围是从023时。另外，我对程序中的输入输出端口、实体、结构体、信号声明、进程、分频、if条件语句、顺序语句、七段数码管段显示和位选、音乐控制报时程序等等有了更清楚的理解，对于数字中某些功能的设计，总是会遇到一些困难，但是经过我反复的思考尝试和验证，终于完成了这些功能的设计，因此我对程序的编写更加熟练，