基于FPGA的VerilogHDL数字钟设计-

r~i基于FPGA的VerilogHDL数字钟

设计-不盲而不盲而口基于FPGA的VerilogHDL数字钟设计专业班级 姓名 学号一、 实验目的 掌握可编程逻辑器件的应用开发技术一一设计输入、编译、仿真和器件编程；熟悉一种EDA软件使用；掌握Verilog设计方法；掌握分模块分层次的设计方法；用Verilog完成一个多功能数字钟设计；学会FPGA的仿真。二、 实验要求功能要求：利用实验板设计实现一个能显示时分秒的多功能电子钟，基本功能：1） 准确计时，以数字形式显示时、分、秒，可通过按键选择当前显示时间范围模式；2） 计时时间范围00:00:00—23:59:593） 可实现校正时间功能；4） 可通过实现时钟复位功能：00:00:00扩展功能：5） 定时报：时间自定（不要求改变），闹1分钟（1kHz） 利用板上LED或外接电路实现。不盲而不盲而口6） 仿广播电台正点报时：XX:59:[51,53,55,57（500Hz）;59（1kHz）]―-用板上LED或外接7） 报整点时数：XX:00:[00.5-XX.5]（1kHz），自动、手动---用板上LED或外接8） 手动输入校时；9） 手动输入定时闹钟；10） 万年历；11） 其他扩展功能；设计步骤与要求：1） 计算并说明采用Basys2实验板时钟50MHz实现系统功能的基本原理。2） 在XilinxISE13.1软件中，利用层次化方法，设计实现模一百计数及显示的电路系统，设计模块间的连接调用关系，编写并输入所设计的源程序文件。3） 对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快得出仿真结果）。4） 输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit文件。5） 在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。三、实验设计功能说明：实现时钟，时间校时，闹铃定时，秒表计时等功能时钟功能：完成分钟/小时的正确计数并显示；秒的显示用LED灯的闪烁做指示；时钟利用4位数码管显示时分；口闹钟定时：实现定时提醒及定时报时，利用LED灯代替扬声器发出报时声音；时钟校时：当认为时钟不准确时，可以分别对分钟和小时位的值进行调整；秒表功能：利用4个数码管完成秒表显示：可以实现清零、暂停并记录时间等功能。秒表利用4位数码管计数；方案说明：本次设计由时钟模块和译码模块组成。时钟模块中50MHz的系统时钟clk分频产生一个1Hz的使能控制信号enable，并以此产生1s的脉冲second_en以实现每秒计时，控制各个模式下的计数显示。由模式控制信号选择当前数码管显示哪个状态：mode=00，时钟常规显示状态，mode=01，闹铃定时状态，mode=10，时钟校时状态，mode=11，秒表计时状态；时钟：利用count,smin0,smin1,shour0,shour1的计数来实现，具体情况见程序；校时：当turn=1时，调整分位smin1、smin0；当turn=0时，调整小时位shour1、shour0；闹铃：当turn=1时，调整分位amin1、amin0；当turn=0时，调整小时位ahour1、ahour0；秒表：当pause=0时，开始计时；当pause=1时，暂停。口习不口习不不白而rjj不斗四、实验代码时钟模块moduleclockfelk,clr,pause,turn,mode,sec,mini,min0,houri,hourO,alert,LDalert)；inputclk;//时钟信号(50MHz)inputclr;〃清零键inputpause;〃秒表暂停键input[1:0]mode;〃决定时钟显示功能状态outputsec;〃接发光二极管output[3:0]min1;〃用于输出接数码管4output[3:0]min0;〃用于输出接数码管3output[3:0]hour1;〃用于输出接数码管2output[3:0]hour0;〃用于输出接数码管1outputalert;〃接发光二极管，代替蜂鸣器〃调整分还是小时位的控制inputturn;口 、IE□□用爪斗outputLD_alert;〃当闹铃设定后，发光二极管显示wiresec; 〃秒位显示wireLD_alert;〃用于闹铃存在时的提醒显示//wireclkl;//时钟1s//wireclk2;//时钟100ms，用于秒表最小计时单位//wireclrl;reg[3:0]min1;//常规显示reg[3:0]min0;//常规显示reg[3:0]hour1;〃常规显示reg[3:0]hour0;〃常规显示reg[3:0]smin1;〃校时reg[3:0]smin0;〃校时reg[3:0]shour1;〃校时reg[3:0]shour0;〃校时reg[3:0]amin1;〃闹铃reg[3:0]amin0;〃闹铃reg[3:0]ahour1;〃闹铃reg[3:0]ahour0;〃闹铃reg[3:0]mmin1;〃秒表reg[3:0]mmin0;〃秒表reg[3:0]mhour1;〃秒表奸口僧而奸口僧而endendalways@(posedgeclk)//?????beginif(clr)beginen1<=1'b0;en2<=1'b0;endelsebeginen1<=enable;en2<=en1;endendassignsecond_en=(!en1)&&(en2);always@(posedgeclk)beginif(clr)beginamin1<=0;amin0<=0;ahour1<=0;ahour0<=0;smin1<=0;smin0<=0;shour1<=0;shour0<=0;mmin1<=0;mmin0<=0;mhour1<=0;奸口

僧而mhour0<=0;count<=0;endelseif(second_en)begincount<=count+1;///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////if(mode==2'b01) 〃闹铃调时状态if(turn==1) 〃当turn为高电平时调整分位if((amin1==5)&&(amin0==9))beginamin1<=0;amin0<=0;endelseif(amin0==9)beginamin1<=amin1+1;amin0<=0;endelseamin0<=amin0+1;else 〃当turn为低电平时调整小时位if((ahour1==2)&&(ahour0==3))beginahour1<=0;ahour0<=0;奸口

僧而endelseif(ahour0==9)beginahour1<=ahour1+1;ahour0<=0;endelseahour0<=ahour0+1;////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////if(mode==2'b10) 〃时钟调时状态if(turn==1) 〃当turn为高电平时调整分位if((smin1==5)&&(smin0==9))beginsmin1<=0;smin0<=0;endelseif(smin0==9)beginsmin1<=smin1+1;smin0<=0;endelsesmin0<=smin0+1;else 〃当turn为低电平时调整小时位if((shour1==2)&&(shour0==3))begin奸口僧而奸口僧而shour1<=shour1+1;if(shour1==2)shour1<=0;endendendendend////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////if(mode==2'b11)begin〃秒表计时状态if(pause==0)〃当pause为低电平时开始计时Ibeginmmin0<=mmin0+1;if(mmin0==9)beginmmin0<=0;mmin1<=mmin1+1;if(mmin1==9)beginmmin1<=0;mhour0<=mhour0+1;if(mhour0==9)beginmhour0<=0;mhour1<=mhour1+1;if(mhour1==9)奸口僧而mhour1<=0;endendendendendendendassignLD_alert=(amin11aminO|ahourl|ahour0)?1:0; 〃当闹铃有定时后LD_alert发光以示闹铃已定assignsec=enable;〃将秒针接到LED灯always@(posedgeclk)beginif(clr)alert<=0;elseif((amin1==smin1)&&(amin0==smin0)&&(ahour1==shour1)&&(ahour0==shour0))alert<=1;〃对闹铃做检查，时间到时发光elsealert<=0;end〃以下为选择显示模块always@(posedgeclk)beginif(clr)beginmin1<=0;min0<=smin0;min0<=smin0;奸口僧而min0<=0;hour1<=0;hour0<=0;endelsebegincase(mode)2'b01:begin //mode=01时，显示闹铃模块min1<=amin1;min0<=amin0;hour1<=ahour1;hour0<=ahour0;end2'b10:begin //mode=10时，显示校时模块min1<=smin1;min0<=smin0;hour1<=shour1;hour0<=shour0;end2'b11:begin //mode=11时，显示秒表模块min1<=mmin1;min0<=mmin0;hour1<=mhour1;hour0<=mhour0;end2'b00:begin 〃其他状态，显示普通时钟模块min1<=smin1;奸口僧而hour1<=shour1;hour0<=shour0;Iendendcaseendendendmodule译码模块奸口僧而奸口

僧而always@(posedgeclk)//SegScanbeginif(reset)begintemp<=4'b0000;endelsecase(count[1:0])//仿真时将扫描信号频率加快1000倍// case(count[11:10])//执行设计时将扫描频率改回2'b00:temp<=h1;2'b01:temp<=h0;2'b10:temp<=m1;2'b11:temp<=m0;endcaseendalways@(posedgeclk)〃数码管译码beginif(reset)beginq<=7'b0000000;endelsecase(temp)4'd0:q<=7'b0000001;//04'd1:q<=7'b1001111;//14'd2:q<=7'b0010010;//2奸口

僧而4,d3:q<=7'b0000110;//34,d4:q<=7'b1001100;//44，d5:q<=7，b0100100;//54，d6:q<=7，b0100000;//64，d7:q<=7，b0001111;//74，d8:q<=7，b0000000;//84，d9:q<=7，b0000100;//9default:q<=7'b0000001;endcaseendendmoduleUCF文件NET"clk"LOC="B8";#50MPinassignmentforDispCtlConnectedtoBasys2onBoard7qdisplayNET"q<6>"LOC="L14";#Bank=1,Signalname=CANET"q<5>"LOC="H12";#Bank=1,Signalname=CBNET"q<4>"LOC="N14";#Bank=1,Signalname=CCNET"q<3>"LOC="N11";#Bank=2,Signalname=CDNET"q<2>"LOC="P12";#Bank=2,Signalname=CENET"q<1>"LOC="L13";#Bank=1,Signalname=CFNET"q<0>"LOC="M12";#Bank=1,Signalname=CG#NET"dp"LOC="N13";#Bank=1,Signalname=DPNET"ctr<3>"LOC="K14";#Bank=1,Signalname=AN3NET"ctr<2>"LOC="M13";#Bank=1,Signalname=AN2NET"ctr<1>"LOC="J12";#Bank=1,Signalname=AN1奸口僧而NET"ctr<0>"LOC="F12";#Bank=1,Signalname=AN0NET"reset"LOC="N3";#Bank=2,Signalname=SW7NET"mode<1>"LOC="E2";#Bank=3,Signalname=SW6NET"mode<0>"LOC="F3";#Bank=3,Signalname=SW5NET"turn"LOC="G3";#Bank=3,Signalname=SW4NET"pause"LOC="B4";#Bank=3,Signalname=SW3NET"LD_alert"LOC="P7";#Bank=3,Signalname=LD2NET"alert"LOC="M11";#Bank=2,Signalname=LD1NET"sec"LOC="M5";#Bank=2,Signalname=LD0奸口僧而奸口僧而蛙口 EHffi 蛙口 EHffi endmodule五、仿真进入ISim仿真波形界面&养mIE01!■:蚩•快岫VW7*下詞f?H£激透聊§EuWE迎ndow。晔vl出p^migc MbnlM成,m#ici:i:£orIrra^ceandl^cicessNbTriEEUd— Mr上心EKZMtfid-«nI#X诺'•■■户卢：&尸-。0史hHu.MK4DLILtlt>^migc MbnlM成,m#ici:i:£orIrra^ceandl^cicessNbTriEEUd— Mr上心EKZMtfid-«nI#X诺'•■■户卢：&尸-。0史hHu.MK4DLILtlt>1DPtrMDt>八；，：tK而ILD.Jtflidk,NSKrrodeilOOhumpaua*韓蹌州tq□4Ijc4gmhiw.QdSd-X-E-Xa1IhiaIai,JiLlTirxLUifTIMITiEiLUfL^1KI.JIEriM3]^£ffirI.E仙rq£1rcdl.tlali4ikll.Si£id«kprdsfliEEEMnnhRisi^rmiLjiaiHd.让―曲小pracaia.I5J>>「—・.1.~||1I匸■jllrUanLar| ~BrMJqpalJifcBIFIjmI-IjlITiljKlinlkiI*?nSiiril.UMsd-tc女eTim•:L皿皿DM1pa(1)仿真，运行1ms，将波形结果调整为适合的大小卜*Ctr[3S]4I*alertLD_al^rtAbjtEsVL。国靴1reieiHirNJcllOJlumpause牛raoogm]clockdi中I則0000001LLOL010000000oonnnnnaaaatXI:liZ.QOKOflTIE⑵这时我们可以分别点开clock模块和display模块查看具体的信号变化是否正确。我们先看clock模块。▼fclock姑dkl^dr伯peuxLLturn%m▼fclock姑dkl^dr伯peuxLLturn%m"I版LD_alcrt噬minip-n]餘皇minO|51FJ*hcuriLBfl]齢*宙hournpfl]1、alert酎fmDde[l:0]9K0nd_m000000nnanOQODQDODGOOD10D0* 卩间p■mminl侣:□门齢~sminDBiUOOQDememJil:112.000030u=■C-OQOownJII二□C-01oweC-OOC'当mode=00时，实现正常时钟显示功能。在脉冲second_en到来时，count做计数加1,此时小时位是shourl，shourO，分钟位是sminl，sminO,将这几个相关信号在波形窗口中位置做个调整放到一起来查看。当count计数到59时，分钟位sminO实现加1变化，由0变为1’•此时结果是正确的当mode=2^01时，实现闹铃模块。当turn=l时，调整分位aminl、aminO；当turn=O时，调整小时位ahourlsahour0o将相关信号放在一起查看，由图可知，当turn为低时，调整小