EDA数字时钟VerilogHDL

数字时钟及闹钟1目录一、实验任务2实验目的2实验要求2二、设计思路2硬件部分2软件部分3三、完成情况6四、总结与收获7具体分工7五、完整程序8数字时钟及闹钟2一、实验任务实验目的1深入了解基于EDA工具的复杂时序逻辑电路的设计。2理解并熟练利用EDA工具进行综合设计。3熟练掌握芯片烧录的流程及步骤。4掌握VERILOGHDL语言的语法规范及时序电路描述方法。5掌握多个数码管动态扫描与键盘扫描的显示原理及设计方法。实验要求设计一个带闹钟功能的24小时数字钟，它包括以下几个组成部分显示屏，由4个七段数码管组成，用于显示当前时间时分或设置的闹钟时间；数字键09，用于输入新的时间或新的闹钟时间；TIME时间键，用于确定新的时间设置；ALARM闹钟键，用于确定新的闹钟时间设置，或显示已设置的闹钟时间；扬声器，在当前时钟时间与闹钟时间相同时，发出蜂鸣声。基本要求1计时功能这是本计时器设计的基本功能，每隔一秒计时一次，并在显示屏上显示当前时间。2闹钟功能如果当前时间与设置的闹钟时间相同，则扬声器发出蜂鸣声。3设置新的计时器时间用户用数字键09输入新的时间，然后按“TIME“键确认。发挥部分1设置新的闹钟时间用户用数字键“0”“9”输入新的时间，然后按“ALARM”键确认。2显示所设置的闹钟时间在正常计时显示状态下，用户直接按下“ALARM”键，则已设置的闹钟时间将显示在显示屏上。二、设计思路硬件部分本次数字时钟的设计主要在NCEDA2000C实验箱上完成，应用的芯片为ALTARA公司的EP1K10TC1003芯片。该芯片具有低内核电压、低功耗的特点。芯片内门电路高达1万门，内部使用RAM作电路结构，速度高达几百MHZ，其输出可用管脚已全部开放，位于芯片的四周，用户可以根据自己的要求和芯片本身的功能自己任意定义管脚。同时为了体现实验箱的可扩展性，在芯片的两边各有一个34脚的IDE插口，可以通过数据排线与其它应用模块相连接。数字时钟及闹钟3除了主芯片外，主要包括三大部分八个数码管组成的显示部分、44键盘构成的按键输入部分。以及其他输入或输出部分，如“TIME“键、“ALARM”键、时钟信号、蜂鸣器等。8位7段数码管采用2个进口共阴高红7段数码管组成，其连接管脚位选信号在数码管的左边由连接孔SEL0、SEL1、SEL2与其它模块连接。数码管显示的设计示意图如下八位数码管显示设计示意图44键盘44键盘主要是通过编程实现0F的输入，也可以作为一个控制键。在其上方的连接孔R1、R2、R3、R4控制横向4位；C1、C2、C3、C4纵向4位。键盘输入设计示意图如下44键盘输入设计示意图软件部分软件主要应用软件QUARTUS，使用VERILOGHDL语言来编写程序。在老师所给的KEYSCAN的基础上加入计时部分、设置部分（时间的设置和闹钟的设置）以及闹铃部分。A计时部分ALWAYSPOSEDGECLKL/计时过程BEGINHOURHOURMINUTEMINUTEIFRESETBEGINHOUR0MINUTE0SECOND0ENDELSEIFSECOND59IFMINUTE59IFHOUR23BEGINSECOND0MINUTE0HOUR0END数字时钟及闹钟4ELSEBEGINSECOND0MINUTE0HOURHOUR1ENDELSEBEGINSECOND0MINUTEMINUTE1ENDELSESECONDSECOND1END其中，CLKL为1HZ的时钟信号，当每遇到一个时钟信号的上升沿时，秒钟就加1秒；当加到59时，分钟就加1，秒钟自动回到0重新计时；当分钟加到59时，时钟就加1，然后分钟回到0；当计时到235959时，则回到000000再进入计时。RESET为清零信号，高电平有效。B设置部分ALWAYSPOSEDGECLKHBEGINIFW1/设置时间BEGINHOURNUM110NUM2MINUTENUM310NUM4ENDELSEIFP1/设置闹钟BEGINAHOURNUM110NUM2AMINUTENUM310NUM4ENDEND将按下的键值存在NUM1、NUM2、NUM3、NUM4中，再通过W和P即所谓的TIME时间键与ALARM闹钟键将输入的数值赋给初始时间或闹钟时间。C闹铃部分ALWAYSPOSEDGECLKH/闹钟响BEGINIFHOURAHOURELSEDS0END当设置的闹钟时间（时分）与当前的时间（时分）相等时，则闹铃发出响声；DS信号可以接在蜂鸣器上或者发光二极管上。本次设计的完整程序已附在报告的最后。整体程序编译无误。程序中涉及的变量名称及其对应的变量意义数字时钟及闹钟5引脚配置图数字时钟及闹钟6三、完成情况在这次实验过程中我们完成了24小时数字时钟的设计。时钟的显示屏为七段数码管。显示出的时间格式为小时、分钟、秒钟（如图1）。时钟含有闹钟，可以在程序中设置闹钟时间，在实际时间和闹钟时间相吻合时蜂鸣器响。图2中的二极管亮即可说明，在闹钟时间可以输出高电平，该输出接在蜂鸣器上即可使蜂鸣器响。本次设计的闹钟为响1分钟自动关闭。图3中二极管熄灭。图1时间显示图2闹钟响（体现为发光二极管发光）数字时钟及闹钟7图3发光二极管熄灭（本次设计的闹钟为响1分钟自动关闭）四、总结与收获在实验设计的过程中，我们首先尝试了树上和老师上课时所讲的例程，在熟悉软件和设计流程后开始了数字时钟的设计。在设计数字时钟时，我们先分设计出来时钟的自动计数显示，实现了24小时时钟。之后实验了44键盘，实现了键盘输入值的扫描读取。最后设计了闹钟部分，包括设置闹钟时间和到时间闹铃响。我们通过本次实验深入了解基于EDA工具的复杂时序逻辑电路的设计，理解并熟练利用QUARTUS进行VERILOGHDL语言的设计。掌握了建立工程项目，编译调试程序，下载程序的流程和步骤。在应用的过程中掌握了数码管和键盘扫描的原理和方法。并且对VERILOGHDL语言的语法规则和几种常用语句有了更深入的理解。实验过程中通过合作的方式，小组成员积极讨论，对不同的语句进行了对比，最终确定了本次实验的完整程序。这次完成的数字时钟只是EDA实验箱中可以实现的众多功能之一，我们也认识到VERILOGHDL语言可以实现的设计还有很多，本次实验激发了我们对VERILOGHDL语言的兴趣，也让我们认识到课堂的学习是有限的，想更加深入学习VERILOGHDL语言，还要在今后的学习中多多自学，勤加练习。五、完整程序MODULEZONGHECLKL,CLKH,RESET,Q,W,P,KR,KC,A,B,C,D,E,F,G,SA,SB,SC,DSINPUTCLKL,CLKH,RESET/计数时钟脉冲、扫描频率脉冲与复位信号INPUTQ,W,P/启动设置的控制信号、设置时间的控制信号及设置闹钟的控制信号INOUT30KR/44键盘的行输入/输出信号数字时钟及闹钟8INOUT30KC/44键盘的列输入/输出信号OUTPUTA,B,C,D,E,F,G,SA,SB,SC,DS/LED的7个片选信号与3个位选信号REGA,B,C,D,E,F,G,SA,SB,SC,DSREG30KR,KCREG60DISPLAYREG20DCOUNT,KCOUNTREG30KEYR,KEYCREGKFLAG1,KFLAG2REG60BUFF7REG30SHIWEI1,GEWEI1,SHIWEI2,GEWEI2,SHIWEI3,GEWEI3REG50HOUR,MINUTE,SECOND,AHOUR,AMINUTE,HOUR,MINUTE/储存当前时间的时分秒、闹钟的时分及设置的时间的时分ALWAYSPOSEDGECLKH/累加两个计数值BEGINDCOUNTDCOUNT1KCOUNTKCOUNT1ENDALWAYSPOSEDGECLKH/扫描键盘BEGINIFKCOUNT0BEGINKR4B1111KC4B0000ENDELSEIFKCOUNT1BEGINKEYRKRKR4BZZZZENDELSEIFKCOUNT2BEGINKR4B0000KC4B1111ENDELSEIFKCOUNT3BEGINKEYCKCKC4BZZZZENDENDALWAYSPOSEDGECLKH/改变键的标志位数字时钟及闹钟9BEGINIFKCOUNT4ELSEIFKCOUNT4KFLAG11KFLAG2KFLAG1ENDALWAYSPOSEDGECLKH/获取相应按键按下的结果BEGINIFKCOUNT5IFKEYR4B1110CASEKEYC4B1110BUFF77B0111111/在LED上显示04B1101BUFF77B0000110/在LED上显示14B1011BUFF77B1011011/在LED上显示24B0111BUFF77B1001111/在LED上显示3DEFAULTBUFF7BUFF7/无变化ENDCASEELSEIFKEYR4B1101CASEKEYC4B1110BUFF77B1100110/在LED上显示44B1101BUFF77B1101101/在LED上显示54B1011BUFF77B1111101/在LED上显示64B0111BUFF77B0000111/在LED上显示7DEFAULTBUFF7BUFF7/无变化ENDCASEELSEIFKEYR4B1011CASEKEYC4B1110BUFF77B1111111/在LED上显示84B1101BUFF77B1101111/在LED上显示94B1011BUFF77B1110111/在LED上显示A4B0111BUFF77B1111100/在LED上显示BDEFAULTBUFF7BUFF7/无变化ENDCASEELSEIFKEYR4B0111CASEKEYC4B1110BUFF77B0111001/在LED上显示C4B1101BUFF77B1011110/在LED上显示D4B1011BUFF77B1111001/在LED上显示E4B0111BUFF77B1110001/在LED上显示FDEFAULTBUFF7BUFF7/无变化ENDCASEEND数字时钟及闹钟10ALWAYSPOSEDGECLKH/显示过程BEGINSADCOUNT0/将DCOUNT赋给LED的三个片选信号SBDCOUNT1SCDCOUNT2SHIWEI1HOUR/10GEWEI1HOUR10SHIWEI2MINUTE/10GEWEI2MINUTE10SHIWEI3SECOND/10GEWEI3SECOND10IFDCOUNT3B111/判断位选DCOUNT的值，并将此位上的值输出到数码管CASESHIWEI1/在第一数码管上显示时钟的十位4B0000DISPLAY7B0111_1114B0001DISPLAY7B0000_1104B0010DISPLAY7B1011_0114B0011DISPLAY7B1001_1114B0100DISPLAY7B1100_1104B0101DISPLAY7B1101_1014B0110DISPLAY7B1111_1014B0111DISPLAY7B0000_1114B1000DISPLAY7B1111_1114B1001DISPLAY7B1101_111DEFAULTDISPLAY7B0000_000ENDCASEIFDCOUNT3B000/在第二个数码管上显示时钟的个位CASEGEWEI14B0000DISPLAY7B0111_1114B0001DISPLAY7B0000_1104B0010DISPLAY7B1011_0114B0011DISPLAY7B1001_1114B0100DISPLAY7B1100_1104B0101DISPLAY7B1101_1014B0110DISPLAY7B1111_1014B0111DISPLAY7B0000_1114B1000DISPLAY7B1111_1114B1001DISPLAY7B1101_111DEFAULTDISPLAY7B0000_000ENDCASEIFDCOUNT3B001/在第三个数码管上显示分钟的十位数字时钟及闹钟11CASESHIWEI24B0000DISPLAY7B0111_1114B0001DISPLAY7B0000_1104B0010DISPLAY7B1011_0114B0011DISPLAY7B1001_1114B0100DISPLAY7B1100_1104B0101DISPLAY7B1101_1014B0110DISPLAY7B1111_1014B0111DISPLAY7B0000_1114B1000DISPLAY7B1111_1114B1001DISPLAY7B1101_111DEFAULTDISPLAY7B0000_000ENDCASEIFDCOUNT3B010/在第四个数码管上显示分钟的个位CASEGEWEI24B0000DISPLAY7B0111_1114B0001DISPLAY7B0000_1104B0010DISPLAY7B1011_0114B0011DISPLAY7B1001_1114B0100DISPLAY7B1100_1104B0101DISPLAY7B1101_1014B0110DISPLAY7B1111_1014B0111DISPLAY7B0000_1114B1000DISPLAY7B1111_1114B1001DISPLAY7B1101_111DEFAULTDISPLAY7B0000_000ENDCASEIFDCOUNT3B011/在第五个数码管上显示秒钟的十位CASESHIWEI34B0000DISPLAY7B0111_1114B0001DISPLAY7B0000_1104B0010DISPLAY7B1011_0114B0011DISPLAY7B1001_1114B0100DISPLAY7B1100_1104B0101DISPLAY7B1101_1014B0110DISPLAY7B1111_1014B0111DISPLAY7B0000_1114B1000DISPLAY7B1111_1114B1001DISPLAY7B1101_111DEFAULTDISPLAY7B0000_000ENDCASEIFDCOUNT3B100/在第六个数码管上显示秒钟的个位CASEGEWEI3数字时钟及闹钟124B0000DISPLAY7B0111_1114B0001DISPLAY7B0000_1104B0010DISPLAY7B1011_0114B0011DISPLAY7B1001_1114B0100DISPLAY7B1100_1104B0101DISPLAY7B1101_1014B0110DISPLAY7B1111_1014B0111DISPLAY7B0000_1114B1000DISPLAY7B1111_1114B1001DISPLAY7B1101_111DEFAULTDISPLAY7B0000_000ENDCASEIFDCOUNT3B101DISPLAY7B1000_000/在第七个数码管上显示“”IFDCOUNT3B110DISPLAYBUFF7/在第八个数码管上显示按下的键值ENDALWAYSPOSEDGECLKH/将DISPLAY中存的值赋给LED的七个片选信号BEGINADISPLAY0BDISPLAY1CDISPLAY2DDISPLAY3EDISPLAY4FDISPLAY5GDISPLAY6ENDALWAYSPOSEDGECLKL/计时过程CLKL的频率为1HZBEGINHOURHOURMINUTEMINUTE/将设置的时间（时、分）赋给HOUR和MINUTEIFRESETBEGINHOUR0MINUTE0SECOND0END/当RESET为1时，将时间清零即为000000ELSE/正常计时IFSECOND59IFMINUTE59IFHOUR23BEGINSECOND0MINUTE0HOUR0ENDELSEBEGINSECOND0MINUTE0HOURHOUR1ENDELSEBEGINSECOND0MINUTEMINUTE1ENDELSESECONDSECOND1数字时钟及闹钟13ENDINTEGERI/记录按键按下的次数REG30NUM1,NUM2,NUM3,NUM4/储存按键的键值ALWAYSPOSEDGECLKH/储存按下的键值BEGINIFQ1/启动设置BEGINI0IFKEYC4B1111II1/当有键按下时，I自动加1IFI1/将第一个按下的按键值存入NUM1BEGINCASEKEYR,KEYC4B1110_1110NUM104B1110_1101NUM114B1110_1011NUM124B1110_0111NUM134B1101_1110NUM144B1101_1101NUM154B1101_1011NUM164B1101_0111NUM174B1011_1110NUM184B1011_1101NUM19DEFAULTNUM1NUM1ENDCASEENDIFI2/将第二个按下的按键值存入NUM2BEGINCASEKEYR,KEYC4B1110_1110NUM204B1110_1101NUM214B1110_1011NUM224B1110_0111NUM234B1101_11