数电课设实验报告.doc

大连理工大学本科实验报告题目：数字钟课程名称： 数字电路课程设计 学院（系）： 电信学部 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1603班 学生姓名： 肖也 学 号： 201692279 完成日期： 2018.12.26 成 绩： 2018 年 12 月 26 日数字电路实验室安全操作规范在实验室指定的位置进行实验。实验前，应检查要使用的实验设备是否在正确的位置，注意人身安全，防止使用过程中造成事故。使用设备前，检查是否有漏电等危险情况。如果设备不正常，要关闭电源，请指导教师更换。禁止学生未经允许移动和更换以及检修设备。实验室内的仪器设备要安全接地，注意仪器设备的通风和防尘，远离高温以及强辐射区域。仪器设备要按照使用说明书操作，严禁用锐器和硬物损坏仪器设备、电源线和信号线等，严禁在实验室刻画和做标记等行为。应正确选择和使用设备，严禁违章操作，避免人身事故和仪器损坏，造成损失的要赔偿。一般情况下，禁止学生携带个人的电子元器件和设备进入实验室。学生自制的电路必须经过指导教师批准才能接到实验设备上。严禁学生携带实验室的设备和元器件等到实验室外。借用设备时要请示教师，登记之后再带离，并在规定的时间内归还，归还时要检查是否正常。实验过程中，禁止带电操作，检查电路时要关闭电源。如果发现有异常发热，焦糊味和异常声响等，应首先关闭电源，并请指导教师解决。如遇到地震、火灾等灾害要按照实验室安全预案进行处理。实验结束后，要整理实验设备到正确的位置，带好个人物品，清扫卫生后，经过指导教师允许才能离开。离开时，各个实验设备要关闭电源，计算机和投影仪要按照正确的方法关机，不得强行关闭。电脑中不能存放与教学无关的资料，不能玩游戏和观看电影。进入实验室时，不能携带食品和饮料。离开时，要把垃圾带走。 签名： 日期：题目：数字钟1 设计要求（1） 能够显示当前时间，分别用6个数码管显示小时、分钟、秒钟的时间，秒针的计数频率为1Hz；（2） 具有手动校时、校分、校秒的功能，调整的形式为通过按键进行累加；（3） 在整点进行提示，通过六位流水灯来实现，具体方式为2秒1个轮回，偶数位和奇数位各亮1秒，循环闪烁直到整点过1分结束。（4） 具有闹钟功能，闹钟时间可以任意设定，只能调整时和分，秒数统一设置为0（设定的形式同样为通过按键累加），并且在设定的时间能够进行提示，提示由1位LED闪烁实现，闹钟到点后持续一分钟；（5） 具有闹铃音乐功能，由蜂鸣器接到开发板GPIO引脚输出实现，闹钟到点后自动循环播放事先编制好的特定乐谱的音乐，持续时间和闹钟到点提示灯一样为1分钟；（6） 设计模式选择计数器，有计时、校时（手动校时和闹钟定时）及整点报时三个模式，通过计数器来控制各个功能之间转换。2 设计分析及系统方案设计4个输入：27Mhz时钟，三个按键；14个输出：6个数码管显示输出，2个当前校时提示灯（分别提示当前为校正数字钟和设定闹铃时间），3个当前校时位提示灯（时、分、秒），1个闹钟到点提示灯，1个整点报时6位流水灯，1个蜂鸣器输出引脚；通过对50MHZ的clk进行分频得到1Hz时钟信号作为基本信号，三个按键分别控制模式，调时位，累加。 时 分 秒 key3 key2 key1位 位 位 模式 校时 校时显 显 显 提示 位 按键示 示 示 提示 累加图 1系统框图3系统以及模块硬件电路设计硬件电路及其引脚说明如下：图 2按键部分电路表 1按键部分接口定义图 3 数码管部分电路表 2 数码管部分接口定义图 4 LED部分电路整点报时6位流水灯闹钟到时提示灯由下到上依次为时分秒当前校时位提示灯LEDG7:闹钟定时提示灯LEDG8数字钟校时提示灯表 3实验中用到的LED接口定义图 5GPIO接口部分电路表 4实验中用到的GPIO引脚（蜂鸣器外设接口）定义4 系统的Verilog HDL设计module clock (clk,add,set_mod_key,set_xx_key,hour1_show,hour2_show,min1_show,min2_show, sec1_show,sec2_show,set_time_LED,set_clock_LED,set_hour_LED,set_sec_LED,set_min_LED,alarm_light,hourly_light,speaker); inputclk,set_mod_key,set_xx_key,add;/输入为50MHZ开发板时钟和三个按键：运行模式、调时位、累加output6:0hour1_show,hour2_show,min1_show,min2_show,sec1_show,sec2_show;/6个数码管显示输出output set_time_LED,set_clock_LED; /数字钟校时提示灯和闹钟定时提示灯output set_hour_LED,set_sec_LED,set_min_LED; /当前校时位提示灯（时、分、秒）outputalarm_light; /闹钟到时提示灯output5:0hourly_light; /整点报时六位流水灯outputspeaker; /扬声器GPIO引脚对应的音频输出端状态寄存器reg6:0hour1_show,hour2_show,min1_show,min2_show,sec1_show,sec2_show;/时分秒显示数码管reg3:0hour1,hour2,min1,min2,sec1,sec2;/存储正常计时的当前时间reg3:0set_hour1,set_hour2,set_min1,set_min2,set_sec1,set_sec2;/存储校时功能的目标校正时间reg3:0shour1,shour2,smin1,smin2,ssec1,ssec2;/存储数码管应显示的对应十进制数的寄存器reg3:0ahour1,ahour2,amin1,amin2,asec1,asec2;/存储闹钟定时regset_counter;regclk_sec,clk_2s;/秒脉冲(1HZ的时钟脉冲)reg24:0counter1;reg24:0counter2;regset_time,set_clock;/分别为校时和闹钟定时的启动开关regset_hour,set_sec,set_min;/校时和闹钟定时设置时分秒的标志寄存器regset_time_LED,set_clock_LED;/校时模式提示灯和闹钟定时模式提示灯regset_hour_LED,set_sec_LED,set_min_LED;/当前校时、闹钟定时时分秒位提示灯regalarm_light;reg5:0hourly_light;regset_ok;/标志校时或者闹钟定时已完成regclock_sys;/当前计时模式标志寄存器regspeaker;regclk_6mhz;/由50MHZ系统时钟八分频得到(实际为6.25MHZ)，用于产生各种音阶频率的基准频率regclk_8hz;/用于控制音长(节拍)的时钟频率，所有节拍均为1/4拍的整数倍reg14:0divider,origin;/divider为分频系数，origin为各个音调实现分频的加载预置数regcarry;reg7:0counter;/*乐曲从开始处经过的1/4节拍(1/8秒)数计数器*/reg3:0high,med,low;/*高中低八度音阶*/reg2:0count8;/50MHZ八分频作为基频reg18:0count19;/6.25MHZ时钟分频到8HZ所需要的计数器parameterdiv_para1=25000000;parameternum_quarter_note=143;/闹钟音乐四分音符数目/*50MHz转化为1Hz*/always(posedge clk)begincounter1=div_para1)begincounter1=0;clk_sec=!clk_sec;endendalways(posedge clk_sec)beginclk_2s=clk_2s;end/为闹钟到点提示灯和整点报时流水灯设置的0.5HZ时钟信号，由数字钟秒脉冲二分频得到/*模式1：正常计时*/always(posedge clk_sec)beginif(set_ok=1&set_time=1)beginsec1=set_sec1;sec2=set_sec2;min1=set_min1;min2=set_min2;hour1=set_hour1;hour2=set_hour2;endif(!set_time)/24小时计时if (sec2=4h9) begin sec2=4h0; if (sec1=4h5) begin sec1=4h0; if (min2=4h9) begin min2=4h0; if (min1=4h5) begin min1=4h0; if (hour2=4h3&hour1=4h2) begin hour2=4h0; hour1=4h0; end else if (hour2=4h9) begin hour2=4h0; if (hour1=4h5) hour1=4h0;elsehour1=hour1+1b1;end else hour2=hour2+1b1; end else min1=min1+1b1; end else min2=min2+1b1;end else sec1=sec1+1b1; end else sec2=sec2+1b1;end/*模式1计时、模式2校时、模式3闹钟定时时间显示*/ always(posedge clk)beginif(set_time=1)beginssec1=set_sec1;ssec2=set_sec2;smin1=set_min1;smin2=set_min2;shour1=set_hour1;shour2=set_hour2;endelse if(set_clock=1)beginssec1=asec1;ssec2=asec2;smin1=amin1;smin2=amin2;shour1=ahour1;shour2=ahour2;endelsebeginssec1=sec1;ssec2=sec2;smin1=min1;smin2=min2;shour1=hour1;shour2=hour2;endcase(shour1)4b0000:hour1_show=7b1000000;4b0001:hour1_show=7b1111001;4b0010:hour1_show=7b0100100;endcasecase(shour2)4b0000:hour2_show=7b1000000;4b0001:hour2_show=7b1111001;4b0010:hour2_show=7b0100100;4b0011:hour2_show=7b0110000;4b0100:hour2_show=7b0011001;4b0101:hour2_show=7b0010010;4b0110:hour2_show=7b0000010;4b0111:hour2_show=7b1111000;4b1000:hour2_show=7b0000000;4b1001:hour2_show=7b0010000;endcasecase(smin1)4b0000:min1_show=7b1000000;4b0001:min1_show=7b1111001;4b0010:min1_show=7b0100100;4b0011:min1_show=7b0110000;4b0100:min1_show=7b0011001;4b0101:min1_show=7b0010010;4b0110:min1_show=7b0000010;endcasecase(smin2)4b0000:min2_show=7b1000000;4b0001:min2_show=7b1111001;4b0010:min2_show=7b0100100;4b0011:min2_show=7b0110000;4b0100:min2_show=7b0011001;4b0101:min2_show=7b0010010;4b0110:min2_show=7b0000010;4b0111:min2_show=7b1111000;4b1000:min2_show=7b0000000;4b1001:min2_show=7b0010000;endcasecase(ssec1)4b0000:sec1_show=7b1000000;4b0001:sec1_show=7b1111001;4b0010:sec1_show=7b0100100;4b0011:sec1_show=7b0110000;4b0100:sec1_show=7b0011001;4b0101:sec1_show=7b0010010;4b0110:sec1_show=7b0000010;endcasecase(ssec2)4b0000:sec2_show=7b1000000;4b0001:sec2_show=7b1111001;4b0010:sec2_show=7b0100100;4b0011:sec2_show=7b0110000;4b0100:sec2_show=7b0011001;4b0101:sec2_show=7b0010010;4b0110:sec2_show=7b0000010;4b0111:sec2_show=7b1111000;4b1000:sec2_show=7b0000000;4b1001:sec2_show=7b0010000;endcaseend/*整时提醒*/always(posedge clk) beginif(clock_sys=1) if(min1=5&min2=9&sec1=5&(sec2=0|sec2=2|sec2=4|sec2=6|sec2=8)hourly_light=6b010101; /59分50/52/54/56/58秒LEDR024亮else if(min1=0&min2=0&sec1=0&sec2=0)hourly_light=6b010101; /整点时同上else if(min1=5&min2=9&sec1=5&(sec2=1|sec2=3|sec2=5|sec2=7|sec2=9)hourly_light=6b101010; /59分51/53/55/57/59秒LEDR135亮elsehourly_light=6b000000;end/*调时位置按键检测*/ always(posedge set_xx_key)beginif(set_time=1|set_clock=1)beginif(set_hour=1)/调时完下一步调秒，调秒完下一步调分，调分完下一步调时，依次循环beginset_hour=0;set_min=0;set_sec=1;set_ok=1;set_hour_LED=0;set_min_LED=0;set_sec_LED=1;endelse if(set_sec=1)beginset_hour=0;set_min=1;set_sec=0;set_ok=1;set_hour_LED=0;set_min_LED=1;set_sec_LED=0;endelse if(set_min=1)beginset_hour=1;set_min=0;set_sec=0;set_ok=1;set_hour_LED=1;set_min_LED=0;set_sec_LED=0;endelse/如果调时位置按键的几个寄存器均为0，那么下一步默认按调秒处理，只用于刚上电启动第一次校时或闹钟定时的情况beginset_hour=0;set_min=0;set_sec=1;set_ok=1;set_hour_LED=0;set_min_LED=0;set_sec_LED=1;endendif(set_time=0&set_clock=0)beginset_hour=0;set_min=0;set_sec=0;set_ok=0;set_hour_LED=0;set_sec_LED=0;set_min_LED=0;endend/*调时模式按键检测*/ always(posedge set_mod_key)/在计时、校时和闹钟定时三个模式之间依次循环切换，每次按下set_mod_key键及切换到下一模式并且相应的提示灯亮beginif(set_time=1)beginset_time=0;set_clock=1;clock_sys=0;set_time_LED=0;set_clock_LED=1;endelse if(set_clock=1)beginset_time=0;set_clock=0;set_time_LED=0;set_clock_LED=0;clock_sys=1;/clock_sys标志当前数字钟正处在正常计时模式endelsebeginset_time=1;set_clock=0;clock_sys=0;set_time_LED=1;set_clock_LED=0;endend/*add检测*/always(posedge add)beginif(set_time=1)beginif(set_sec=1)beginif(set_sec2=9)beginif(set_sec1=5)beginset_sec1=0;set_sec2=0;endelsebeginset_sec1=set_sec1+1b1;set_sec2=0;endendelsebeginset_sec2=set_sec2+1b1;endendelse if(set_min=1)beginif(set_min2=9)beginif(set_min1=5)beginset_min1=0;set_min2=0;endelsebeginset_min1=set_min1+1b1;set_min2=0;endendelseset_min2=set_min2+1b1;endelse if(set_hour=1)beginif(set_hour1!=2)beginif(set_hour2=9)beginset_hour1=set_hour1+1b1;set_hour2=0;endelseset_hour2=set_hour2+1b1;endelsebeginif(set_hour2=3)beginset_hour1=0;set_hour2=0;endelse if(set_hour23)set_hour2=set_hour2+1b1;endendendelse if(set_clock=1)beginif(set_sec=1)beginasec2=0;asec1=0;endelse if(set_min=1)beginif(amin2=9)beginif(amin1=5)beginamin1=0;amin2=0;endelsebeginamin1=amin1+1b1;amin2=0;endendelseamin2=amin2+1b1;endelse if(set_hour=1)beginif(ahour1!=2)beginif(ahour2=9)beginahour1=ahour1+1b1;ahour2=0;endelseahour2=ahour2+1b1;endelsebeginif(ahour2=3)beginahour1=0;ahour2=0;endelse if(ahour23)ahour2=ahour2+1b1;endendendend/*闹钟到点提示灯*/always(posedge clk)beginif(clock_sys=1)if(clk_2s=1&ahour1=hour1&ahour2=hour2&amin1=min1&amin2=min2)alarm_light=1;elsealarm_light=0;end/*闹钟音乐*/always(posedgeclk)/从50MHZ分频得到6.25MHZ时钟begin if(count8=7)begincount8=0;clk_6mhz=1;endelse begincount8=count8+1b1;clk_6mhz=0;endendalways(posedgeclk_6mhz)/从6.25MHZ分频得到8HZ时钟beginif(count19=390625)beginclk_8hz=clk_8hz;count19=0;endelsecount19=count19+1b1;endalways(posedgeclk_6mhz)/通过置数，改变分频比beginif(divider=32767)/215-1begincarry=1;divider=origin;endelsebegindivider=divider+1b1;carry=0;endendalways(posedge carry)/2分频得到方波信号,得到每个四分音符1/8秒内的特定频率的声音振动beginspeaker=speaker;endalways(posedgeclk_8hz)begincase(high,med,low)/根据不同的音符，预置分频比h001:origin=8876;h002:origin=11487;h003:origin=13805;h004:origin=14869;h005:origin=16823;h006:origin=18562;h007:origin=20113;h010:origin=20824;h020:origin=22125;h030:origin=23287;h040:origin=23832;h050:origin=24795;h060:origin=25665;h070:origin=26440;h100:origin=26795;h200:origin=27446;h300:origin=28030;h400:origin=28293;h500:origin=28781;h600:origin=29216;h700:origin=29603;h000:origin=32767;/休止符endcaseendalways(posedge clk_8hz)/闹钟到时，循环播放一分钟闹铃音乐if(clock_sys=1)beginif(ahour1=hour1&ahour2=hour2&amin1=min1&amin2=min2)beginif(counter=num_quarter_note)counter=0;elsecounter=counter+1b1;case(counter)/乐曲片段乐谱0:high,med,low=h000;1:high,med,low=h0002:high,med,low=h000;3:high,med,low=h000;4:high,med,low=h000;5:high,med,low=h000;6:high,med,low=h000;7:high,med,low=h000;8:high,med,low=h000;9:high,med,low=h000; 10:high,med,low=h010;11:high,med,low=h010;12:high,med,low=h010;13:high,med,low=h010;14:high,med,low=h020;15:high,med,low=h020;16:high,med,low=h030;17:high,med,low=h030;18:high,med,low=h030;19:high,med,low=h030;20:high,med,low=h020;21:high,med,low=h020;22:high,med,low=h030;23:high,med,low=h030;24:high,med,low=h000;25:high,med,low=h000;26:high,med,low=h030;27:high,med,low=h030;28:high,med,low=h020;29:high,med,low=h020; 30:high,med,low=h010;31:high,med,low=h010;32:high,med,low=h050;33:high,med,low=h050;34:high,med,low=h050;35:high,med,low=h050;36:high,med,low=h030;37:high,med,low=h030;38:high,med,low=h050;39:high,med,low=h050;40:high,med,low=h000;41:high,med,low=h000;42:high,med,low=h050;43:high,med,low=h050;44:high,med,low=h060;45:high,med,low=h060;46:high,med,low=h070;47:high,med,low=h070;48:high,med,low=h100;49:high,med,low=h100;50:high,med,low=h100;51:high,med,low=h100;52:high,med,low=h100;53:high,med,low=h100;54:high,med,low=h100;55:high,med,low=h100;56:high,med,low=h100;57:high,med,low=h100;58:high,med,low=h070;59:high,med,low=h070;60:high,med,low=h060;61:high,med,low=h060;62:high,med,low=h070;63:high,med,low=h070;64:high,med,low=h060;65:high,med,low=h060;66:high,med,low=h030;67:high,med,low=h030;68:high,med,low=h030;69:high,med,low=h030;70:high,med,low=h050;71:high,med,low=h050;72:high,med,low=h050;73:high,med,low=h050;74:high,med,low=h050;75:high,med,low=h050;76:high,med,low=h050;77:high,med,low=h050;78:high,med,low=h060;79:high,med,low=h060;80:high,med,low=h100;81:high,med,low=h100;82:high,med,low=h050;83:high,med,low=h050;84:high,med,low=h050;85:high,med,low=h050;86:high,med,low=h060;87:high,med,low=h060;88:high,med,low=h000;89:high,med,low=h000;90:high,med,low=h060;91:high,med,low=h060;92:high,med,low=h050;93:high,med,low=h050;94:high,med,low=h040;95:high,med,low=h040;96:high,med,low=h050;97:high,med,low=h050;98:high,med,low=h030;99:high,med,low=h030;100:high,med,low=h030;101:high,med,low=h030;102:high,med,low=h020;103:high,med,low=h020;104:high,med,low=h010;105:high,med,low=h010;106:high,med,low=h010;107:high,med,low=h010;108:high,med,low=h010;109:high,med,low=h010;110:high,med,low=h060;111:high,med,low=h010;112:high,med,low=h030;113:high,med,low=h030;114:high,med,low=h020;115:high,med,low=h020;116:high,med,low=h020;117:high,med,low=h020;118:high,med,low=h010;119:high,med,low=h010;120:high,med,low=h020;121:high,med,low=h020;122:high,med,low=h050;123:high,med,low=h050;124:high,med,low=h050;125:high,med,low=h050;126:high,med,low=h001;127:high,med,low=h001;128:high,med,low=h020;129:high,med,low=h020;130:high,med,low=h020;131:high,med,low=h020;132:high,med,low=h020;133:high,med,low=h020;134:high,med,low=h020;135:high,med,low=h020;136:high,med,low=h020;137:high,med,low=h020;138:high,med,low=h020;139:high,med,low=h020;140:high,med,low=h000;141:high,med,low=h000;142:high,med,low=h000;143:high,med,low=h000;endcaseendelsehigh,med,low=h000;endendmodule5 结论以及结果说明系统在DE2开发板上能够正常运行，时间显示、计时、校时、闹钟定时和闹铃音乐都能正常工作，整点报时LED流水灯的花型也可以正常显示。基本实现了数字钟的功能。6 闹铃音乐部分设计说明乐曲演奏的基本原理：组成乐曲的每个音符的频率值（音调）及其持续的时间（音长）是乐曲能连续演奏所需的两个基本数据。只要控制输出到蜂鸣器（扬声器）的激励信号的频率高低和持续时间，就可以使蜂鸣器（扬声器）发出连续的乐曲声。频率高低决定音调高低，简谱中每个音名都有特定的频率。所有不同频率的信号从同一个基准频率分频得到（此次课设从系统时钟50MHZ八分频的6.25MHZ方波再次分频得来）。由于音阶频率多为非整数而分频系数又不能为小数，必须将计算得到的分频数四舍五入取整。基准频率必须适当大一些，以减小分频比取整的相对误差，同时避免分频数过大系统高频工作带来的不可靠因素。此次课设采用了加载预置数法实现分频，各个不同音阶频率分频系数不同，用同一个整数减去分频系数，得到一组各音阶的加载预置数。对于乐曲中的休止符，只需分频系数设为0，相应地加载的初始值设为该整数即可。该方法比反馈置零法更节省资源。音长控制需以乐曲中最短的音符作为节拍基准（例如四分音符），对于节拍较长的音符，只需在记谱时将