VHD语言数字时钟实验设计

河南农业大学课程设计报告 设计题目： VHD语言实现数字钟实验报告学 院： 理 学 院 专 业： 电子信息科学与技术 学 号： 0708101048 班 级： 07级电科（2）班 姓 名： 贾 秋 峰 电子邮件： 716114172 日 期： 2011年01月 成 绩： 指导教师： 河 南 农 业 大 学理 学 院课 程 设 计 任 务 书学生姓名 贾 秋 峰 指导教师 贾 树 恒 林 爱 英 学生学号 0708101048 专业 电子信息科学与技术 题目 VHD语言实现数字钟实验报告 任务与要求一、设计实验说明：1、数字时钟主要由：分频器、扫描显示译码器、六十进制计数器（或十进制计数器与6进制计数器组成）、六十进制计数器（或十进制计数器与6进制计数器组成）、十二进制计数器（或二十四进制计数器）电路组成。在整个时钟中最关键的是如何获得一个精确的1HZ计时脉冲，2、数字时钟显示由时（12或24进制任选）、分（60进制）、秒（60进制）组成，利用扫描显示译码电路在六个数码管显示。二、数字时钟组成及功能：1、分频率器：用来产生1HZ计时脉冲；2、十二或二十四进制计数器：对时进行计数3、六十进制计数器：对分和秒进行计数；4、六进制计数器：分别对秒十位和分十位进行计数；5、十进制计数器：分别对秒个位和分个位进行计数；6、扫描显示译码器：完成对7字段数码管显示的控制；三、系统硬件要求：1、时钟信号为5MHz；2、FPGA芯片型号EPM7128LC8415、EP1K30TC1443或EP1K100QC2083（根据实验箱上FPGA芯片具体选择）；3、8个7段扫描共阴级数码显示管；4、按键开关（清零、启动、保持）；四、硬件实现 将时序仿真正确的文件下载到实验箱中的EPM7128LC8415、EP1K30TC1443或EP1K100QC2083中，通过合适的管脚分配，将相应的管脚连接起来，验证设计是否完成设计要求；五、要求1、精确显示时、分、秒。2、数字时钟要求：具有对时、分、秒置数功能（利用秒脉冲置数或利用拨码开关、键盘直接置数）；3、能够完成整点报时功能。（选作）开始日期 年 月 日 完成日期 年 月 日 课程设计所在单位 理 学 院 电 子 科 学 系 VHD语言实现数字钟实验报告一实验目的在MAX+plusII软件平台上，熟练运用VHDL语言。完成数字时钟设计的软件编程、编译、综合、仿真。使用EDA实验箱，实现数字时钟的硬件功能。了解数字时钟的攻击你工作原理。学习掌握数字时钟的设计方法，会设计比较复杂的数值时钟系统。二设计要求1、精确显示时、分、秒；数字时钟要求：具有对时、分、秒置数功能（利用秒脉冲置数或利用拨码开关、键盘直接置数）；能够完成整点报时功能。（选作）2、数字时钟主要由：分频器、扫描显示译码器、六十进制计数器（或十进制计数器与6 进制计数器组成）、六十进制计数器（或十进制计数器与6进制计数器组成）、十二进制计数器（或二十四进制计数器）电路组成。在整个时钟中最关键的是如何获得一个精确的1HZ计时脉冲。三、系统硬件要求（1）、时钟信号为5MHz；（2）、FPGA芯片型号EPM7128LC8415、EP1K30TC1443或EP1K100QC2083（根据实验箱上FPGA芯片具体选择）；(3)、8个7段扫描共阴级数码显示管；(4)、按键开关（清零、启动、保持）；四、实验原理1、本实验运用VHD语言设计时钟计数器,理解其内部原理与模块设计数字时钟组成及功能：（1）、分频率器：用来产生1HZ计时脉冲；（2）、十二或二十四进制计数器：对时进行计数（3）、六十进制计数器：对分和秒进行计数；（4）、六进制计数器：分别对秒十位和分十位进行计数；（5）、十进制计数器：分别对秒个位和分个位进行计数；（6）、扫描显示译码器：完成对7字段数码管显示的控制；实验原理图如下:图9-1 （Clock.gdf）2、CPLD设计过程设计输入 数字钟 对4MHz时钟做4000000分频产生秒时钟，以秒时钟为时基做秒、分、时计数电路，将各计数值经7段译码在5只LED数码管上显示出来。 同步计数器 模4000000 模60(秒)同步计数器LED数码显示管LED7段译码器 晶体振荡器 模60(分)同步计数器 模12(时)同步计数器程序设计的顶层图如下：五、实验步骤1单元电路设计 第一部分 数字钟（1）4MHz分频器gate4 通过编程实现，设晶振产生的信号为4MHz，要求输出1Hz时钟信号，则分频数为4M，需要22位计数器。用VHD语言 设计的文本文件如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity gate4 isport(CLK:in std_logic;sgate:out std_logic;slock:out std_logic);end gate4;architecture arc_gate4 of gate4 issignal count:std_logic_vector(21 downto 0);signal oc:std_logic;beginprocessbeginwait until clkevent and clk=1;if(count3999999)thencount=count+1;oc=0;elsecount0);oc=1;end if;end process;slock=oc;processbeginwait until clkevent and clk=1;sgate=oc;end process;end architecture arc_gate4;其仿真波形如下：形成符号如下：（2）分秒计时m60采用VHD语言十进制设计的文本文件如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity m60 isport( CLK:in std_logic; CR:in std_logic; EN:in std_logic; QL:out std_logic_vector(3 downto 0); QH:out std_logic_vector(3 downto 0); OC:out std_logic);end m60;architecture behav of m60 is signal couL:std_logic_vector(3 downto 0); signal couH:std_logic_vector(3 downto 0);begin process(CLK,CR,EN) begin if CR=0 then couL=0000; couH=0000; elsif clkevent and clk=1 then if EN=1 then if (couL=9 and couH=5)then couL=0000; couH=0000; elsif couL=9 then couL=0000; couH=couH+1; else couL=couL+1; end if; end if; end if; end process;process(couL,couH)begin if(couL=9 and couH=5)then OC=1; else OC=0; end if;end process;QL=couL;QH=couH;end architecture behav;其仿真波形如下：形成符号如下：（3）时计时counter12同样是采用VHD语言二进制设计的文本文件如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity counter12 isport(CLK :in std_logic;EN :in std_logic;CR :in std_logic;Q :out std_logic_vector(3 downto 0);OC :out std_logic);end counter12;architecture arc_counter12 of counter12 issignal count:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(CR,CLK,EN)beginif CR=0thencount0);elsif clkevent and clk=1thenif EN=1and count11 thencount=count+1;elsif EN=1and count=11 thencount=0000;end if;end if;end process;process(count)beginif count=11 thenOC=1;elseOC=0;end if;end process;Qtmptmptmptmptmptmptmptmptmptmptmptmptmptmptmptmpnull; end case; end process; a=tmp(6); b=tmp(5); c=tmp(4); d=tmp(3); e=tmp(2); f=tmp(1); g=tmp(0);end arc;生成图形如下：2.编译单元电路单个编译，对应的文件为MAX+plus中的4M分频 gate4.vhd分秒计时 m60.vhd时计时 counter12.vhd7段译码器 seg_7.vhd编译通过。3.仿真形成符号都通过编译的单元电路，仿真生成对应的仿真文件为：4M分频 gate4.scf分秒计时 m60.scf时计时 counter12.scf7段译码器 seg_7.scf并且建立符号，符号名称即为相应的文件名称建立核心模块：仿真如下：5.选好器件，锁定引脚 新建gdf格式文件，选定之前弄好的器件，搭接好电路图为： 根据下列表格锁定管脚，如上图的红色字体表示已锁定管脚。 表1 管脚 LEDabcdefg秒个位60616364656768秒十位69707374757677分个位7980814568分十位9101112151617小时个位18202122242527 表2 状态指示O1O2O3O4O5O6O7O8管脚5051525455565758 6.下载 编译通过后，选OPTIONS/SELECT DEVICE/MAX7000S/epm7128slc84-6.再选OPTIONS/HARDWARE SETUP/ByteBlaster(MV)在点击PROGRAM下载到实验板上成功。得到数字钟从59秒进1分，59分进1小时，并且基本没有时差。7、调试 排除故障在建立单元单元电路时基本没有出现故障。但在弄中心模块时，发现仿真出错。把counter12模块的CLK接了M60的的同一触发信号。后来询问同学知道时计数的时钟信号需由分秒计数的输出进位给定。六、实验总结和心得体会此次实验，通过用MAX+PLUS2运行环境编译，在由电路完成数字钟变成全由VHD语言实现数字钟中。逐渐熟悉及了解MAX+PLUS2运行环境。做到每个程序编译仿真正确。及掌握了整个单元VHD语言设计，编译，仿真，下载的全过程。在这次实验过程中我深刻体会到这门学问的重要性，也知道自己所学的现有知识