Verilog秒表设计 精品.doc

课程名称： 数字系统设计 一、实验目的1、进一步熟悉ISE软件的使用，熟悉FPGA开发流程；2、掌握编写Verilog代码的步骤，学会绘制ASM图；3、学会自顶向下的设计方法，使用不同的模块实现系统的设计。二、实验设备 1、装有ISE软件的PC机一台；2、Nexys3开发板一块。三、实验内容与要求设计一个秒表它具有计时功能。此秒表有两个按键（reset， start）按下reset键后，秒表清零。开始默认秒表计时，按下start键后，停止计时,再次按下start键后，又开始计时，如此反复。 用FPGA开发板上的两个七段数码管显示时间（以秒为单位），计时由0 到 59 循环。三、实验步骤 1、设计系统框图，设计采取自顶向下的设计方案，整个秒表系统的原理图如下所示。主要包括五个模块按键消抖模块、分频模块、按键功能控制模块、计数模块、数码管驱动显示模块。2、根据系统的原理图，画出各个模块的ASM图。（1）利用D触发器对按键进行消抖处理，其电路图如下。利用下面这个电路即可实现对start键和reset键的消抖。只有连续输入三个周期的高电平时，按键才有效。（2）分频模块的ASM图。此ASM图将100MHz的信号分频为100Hz的信号，用于计数和数码管的扫描。（3）start键与reset键功能控制模块的ASM图。图中rst为复位信号，sta为计时信号。利用状态机实现不同状态之间的转换并输出复位信号与计时信号。默认状态是start_time，即计时状态。（4）计数模块的ASM图。输入100Hz的时钟用于计数，当复位信号有效时，将所有的数全部置0。否则sta信号有效时开始计数。最后输出秒位与十秒位。（5）数码管驱动模块的ASM图。使用100Hz的信号扫描数码管，并将对应的数字以十进制形式显示在数码管上。因为只用到两个数码管，所以前两个数码管置1，即保持不亮，只点亮后两个数码管。3、根据所绘制各个模块的ASM图和系统的原理图，编写Verilog代码。所编写的代码如下。/*秒表顶层模块*/module stopwatch(clk,reset,start,led,outdata);input clk,reset,start;output led;output outdata;wire clk_100,freset,fstart,rst,sta;wire 3:0data_s,data_g;wire 3:0led;wire 6:0outdata;xiaodou m1(.reset(reset),.start(start),.clk(clk),.freset(freset),.fstart(fstart);fenpin m2(.clk(clk),.clk_100(clk_100);f_start m3(.clk(clk),.reset(reset),.start(start),.freset(freset),.fstart(fstart),.rst(rst),.sta(sta);jishu m4(.clk_100(clk_100),.rst(rst),.sta(sta),.data_s(data_s),.data_g(data_g);qudong m5(.clk_100(clk_100),.data_s(data_s),.data_g(data_g),.outdata(outdata),.led(led);endmodule/*/*分频模块*/module fenpin(clk,clk_100);input clk;output clk_100;reg clk_100=0;reg 18:0temp=0;always (posedge clk)beginif (temp=499999)begintemp=0;clk_100=clk_100;endelse begintemp=temp+1;end endendmodule/*/*按键消抖*/module xiaodou(reset,start,clk,freset,fstart);input reset,start,clk;output freset,fstart;wire freset,fstart;reg flag_reset,flag_start;reg resetA,startA, resetB,startB;assign freset=(resetA & resetB & flag_reset); assign fstart=(startA & startB & flag_start);always ( posedge clk)beginresetA=reset; startA=start;resetB=resetA; startB=startA;flag_reset=resetB; flag_start=startB;endendmodule/*/*start与reset键功能控制*/module f_start(clk,reset,start,freset,fstart,rst,sta);input clk,reset,start,freset,fstart;output rst,sta;reg 1:0state=2b01; /默认是计时状态，即start_timereg rst=1;reg sta=0;parameter reset_time =2b00, start_time =2b01, stop_time =2b10;always (posedge clk) if (freset & !reset) /按键按下放开后的第一个时钟周期有效 begin state=reset_time; rst=0; end else case (state) reset_time: if (fstart & !start) begin state=start_time; rst=1; sta=0; end else begin state=reset_time; rst=0; end start_time: if (fstart & !start) begin state=stop_time; rst=1; sta=1; end else begin state=start_time; rst=1; sta=0; end stop_time: if (fstart & !start) begin state=start_time; rst=1; sta=0; end else begin state=stop_time; rst=1; sta=1; end default: state=2bxx;endcase endmodule/*/*计数模块*/module jishu(clk_100,rst,sta,data_s,data_g);input clk_100,rst,sta;output 3:0data_s,data_g;reg 3:0data_s=4b0000;reg 3:0data_g=4b0000;reg 3:0temp1=4b0000;reg 3:0temp2=4b0000;always (posedge clk_100)if (!rst)begintemp1=4b0000; temp2=4b0000;data_s=4b0000; data_g=4b0000;endelse if (!sta) begin if(temp1=9) begin temp1=0; if(temp2=9) begin temp2=0;if(data_g=9) begin data_g=0;if(data_s=5)begindata_s=0; endelse begin data_s=data_s+1; end endelsebegindata_g=data_g+1; end endelsebegintemp2=temp2+1;end end else begin temp1=temp1+1; end endendmodule/*/*数码管扫描与显示模块*/module qudong(clk_100,data_s,data_g,outdata,led);input clk_100; input 3:0data_s,data_g;output outdata,led;reg 3:0data,led;reg count=0;reg 6:0outdata;always (posedge clk_100)if (count)begincount=0;endelsebegincount=count+1;endalways (count)case (count)0: led=4b1110;1: led=4b1101;default : led=4b1111;endcasealways (count)case (count)0: data=data_g;1: data=data_s;default: data=4b1111;endcasealways (data)case (data)4b0000: outdata=7b0000001;4b0001: outdata=7b1001111;4b0010: outdata=7b0010010;4b0011: outdata=7b0000110;4b0100: outdata=7b1001100;4b0101: outdata=7b0100100;4b0110: outdata=7b0100000;4b0111: outdata=7b0001111;4b1000: outdata=7b0000000;4b1001: outdata=7b0000100;default: outdata=7b1111111;endcaseendmodule/*/4、将所编写的代码进行综合，综合无误后对代码进行功能仿真。仿真结果图与仿真分析如下。将代码进行综合后所得的电路结构图如下所示，系统由五个模块组成，与所写的代码完全吻合。仿真结果与分析：开始时默认计时，所以到1000ms时数码管显示01秒，如下图所示。下面两幅图，第一幅图中start键第一次按下，即按下了停止键，所以计时停止，到3000多ms时数码管的显示依旧停在01秒，如第二幅图所示。按下reset键后，秒表复位，数码管变为显示00秒，如下图。在复位状态下按下start键，开始计时，所以按下start键1秒后数码管显示又由00秒变为01秒，如下图。 由以上的仿真结果可以看出，所编写的代码能实现秒表的计时功能，且秒表的各个按键的功能都正确，所编写的代码正确。5、进行完功能仿真验证代码无误后，进行管脚分配，编写ucf文件。ucf文件如下。NET clk LOC = V10;NET led0 LOC = N16;NET led1 LOC = N15;NET led2 LOC = P18;NET led3 LOC = P17;NET outdata6 LOC = T17;NET outdata5 LOC = T18;NET outdata4 LOC = U17;NET outdata3 LOC = U18;NET outdata2 LOC = M14;NET outdata1 LOC = N14;NET outdata0 LOC = L14;NET reset LOC = A8;NET start LOC = B8;6、管脚分配结束之后，对程序进行综合，运行，并进行布局布线。以下是布局布线后的报告，从报告中可以看出所用资源的情况，且布局布线后没有错误和警告。Device Utilization Summary:Slice Logic Utilization: Number of Slice Registers: 47 out of 18,224 1% Number used as Flip Flops: 47 Number of Slice LUTs: 82 out of 9,112 1% Number used as logic: 81 out of 9,112 1% Number using O6 output only: 58 Number using O5 output only: 17 Number using O5 and O6: 6 Number used exclusively as route-thrus: 1 Number with same-slice carry load: 1Slice Logic Distribution: Number of occupied Slices: 33 out of 2,278 1% Number of LUT Flip Flop pairs used: 85 Number with an unused Flip Flop: 42 out of 85 49% Number with an unused LUT: 3 out of 85 3% Number of fully used LUT-FF pairs: 40 out of 85 47%IO Utilization: Number of bonded IOBs: 14 out of 232 6% Number of LOCed IOBs: 14 out of 14 100%Specific Feature Utilization: Number of BUFG/BUFGMUXs: 1 out of 16 6% Number used as BUFGs: 1Generating Pad Report.All signals