实验报告-数字秒表

学院：物理与信息工程学院专业：电子信息工程姓名：肖伟学号：112207301106指导老师：漆为民一.设计题目：数字秒表的设计二.设计目的：1、了解数字秒表的工作原理。2、进一步熟悉用VHDL语言编写驱动七段码管显示的代码。3、掌握VHDL编写中的一些小技巧。三．设计功能（1）计时功能：设计一个秒表，该秒表计时范围为0--59分59秒990毫秒，分辨率为10毫秒（0.01秒）。（2）显示功能：分、秒、毫秒各用2位数码管（共6位数码管）显示。（3）清零，启动计时，暂停及继续计时功能：2.2秒表基本原理及设计方法（1）秒表的基本结构：该秒表有3个输入端，分别为时钟输入（输入时钟为1毫秒）、复位输入和启动/暂停（2）复位信号高电平有效，可以对整个系统异步清0；当启动/暂停为低电平时秒表开始计时，为高电平时暂停，变低后在原来的数值基础上再计数。（3）百分秒、秒和分钟信号用七段LED显示。（4）“毫秒计数器”采用100进制计数器，每累计1000毫秒（1秒）产生一个“秒脉冲”信号，该信号将作为“秒计数器”的时钟脉冲。“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒，发出一个“分脉冲”信号，该信号将被送到“分计数器”。“分计数器”采用60进制计时器，可实现对60分钟的累计。四．数字秒表设计原理数字秒表采用模块化设计：（1）输入信号：基准时钟clk电平时启动，高电平时暂停）（2）计时器：以10ms为计时分辨率,每10ms产生一个“10毫秒脉冲”信号，每990ms产生一个“秒脉冲”信号，每60秒产生一个“分脉冲”信号；（3）取数模块：对计时器输出的分、秒、十毫秒信号进行逐位取数，变成将在数码管上显示的十进制数；（4）编码模块：将分、秒、十毫秒的十进制数转换成数码管显示的编码；（5）数码管显示控制模块：每隔3ms使能更新不同数码管的数据，位数码管更新一次共用时18ms，6刷新频率大于50HZ，利用人的视觉暂留，好像6位LED是同时点亮的，并不察觉有闪烁现象；（6）数码管地址选择模块：每隔3ms使能点亮不同的数码管，6位数码管一共用时18ms。另外为了控制方便，需要一个复位按键、启动计时按键和停止计时按键，分别选用实验箱按键模块的AN1、AN2和AN3，按下AN1，系统复位，所有寄存器全部清零；按下AN2，秒表启动计时；按下AN3，秒表停止计时，并且七段码管显示当前计时时间，如果再次按下AN2，秒表继续计时，除非按下AN1，系统才能复位，显示全部为00－00－00五.实验步骤：1、打开QUARTUSII软件，新建一个工程。2、建完工程之后，再新建一个VHDLFile，打开VHDL编辑器对话框。3、按照实验原理和自己的想法，在VHDL编辑窗口编写VHDL程序，用户可参照光盘中提供的示例程序。4、编写完VHDL程序后，保存起来。方法同实验一。5、对自己编写的VHDL程序进行编译并仿真，对程序的错误进行修改。6、编译仿真无误后，依照拨动开关、LED与FPGA的管脚连接表或参照附录进行管脚分配。表21-1是示例程序的管脚分配表。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。端口名使用模块信号对应FPGA管脚说明CLK数字信号源PIN_M1时钟为2048HZRESET按键开关AN1PIN_J17复位信号START按键开关AN2PIN_J15秒表开始计数OVER按键开关AN3PIN_P15秒表停止计数LEDAG0数码管A段PIN_H19秒表计数结果输出LEDAG1数码管B段PIN_J14LEDAG2数码管C段PIN_H18LEDAG3数码管D段PIN_H17LEDAG4数码管E段PIN_H14LEDAG5数码管F段PIN_G20LEDAG6数码管G段PIN_G18SEL0位选DEL0PIN_F20SEL1位选DEL1PIN_E20SEL2位选DEL2PIN_E19SEL3位选DEL3PIN_E18SEL4位选DEL4PIN_D20SEL5位选DEL5PIN_D19SEL6位选DEL6PIN_C18SEL7位选DEL7PIN_C17表21-1端口管脚分配表7、用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。六、程序：moduleexp21(Clk,reset,start,over,z,SEL);inputClk;inputreset;inputstart,over;output[6:0]ledag;output[7:0]SEL;wireClk;wirereset;wirestart;wireover;reg[6:0]ledag;reg[7:0]SEL;reg[0:15]Disp_Temp;reg[6:0]Disp_Decode;reg[0:9]mSEC1;reg[0:9]mSEC10;reg[0:9]SEC1;reg[0:9]SEC10;reg[0:9]MIN1;reg[0:9]MIN10;reg[0:9]HOUR1;reg[0:9]HOUR10;reg[4:0]Clk_Count1;100Hzreg[2:0]Clk_Count2;wireClk100Hz;regStart_Flag;wire[2:0]Music_Count;always@(posedgeClk)beginif((Clk_Count1<20))beginClk_Count1<=Clk_Count1+1;endelsebeginClk_Count1<=5'b00001;endendassignClk100Hz=Clk_Count1[4];always@(posedgeClk)beginif((Clk_Count2<7))beginClk_Count2<=Clk_Count2+1;endelsebeginClk_Count2<=3'b000;endendalways@(Clk_Count2)begincase(Clk_Count2)3'b000:beginSEL<=8'b11111110;end3'b001:beginSEL<=8'b11111101;end3'b010:beginSEL<=8'b11111011;end3'b011:beginSEL<=8'b11110111;end3'b100:beginSEL<=8'b11101111;end3'b101:beginSEL<=8'b11011111;end3'b110:beginSEL<=8'b10111111;end3'b111:beginSEL<=8'b01111111;enddefault:beginSEL<=8'b11111111;endendcaseendalways@(posedgeresetornegedgeStart_FlagorposedgestartorposedgeStart_FlagorposedgeoverorposedgeClk100Hz)beginif((reset==1'b1))beginmSEC1<=0;mSEC10<=0;SEC1<=0;SEC10<=0;MIN1<=0;MIN10<=0;HOUR1<=0;HOUR10<=0;Start_Flag<=1'b0;endelseif((start==1'b1&&Start_Flag==1'b0))beginStart_Flag<=1'b1;endelseif((over==1'b1&&Start_Flag==1'b1))beginStart_Flag<=1'b0;endelsebeginif((Start_Flag==1'b1))beginif((mSEC1==9))beginmSEC1<=0;if((mSEC10==9))beginmSEC10<=0;if((SEC1==9))beginSEC1<=0;if((SEC10==5))beginSEC10<=0;if((MIN1==9))beginMIN1<=0;if((MIN10==5))beginMIN10<=0;if((HOUR1==9))beginHOUR1<=0;if((HOUR10==9))beginHOUR10<=0;endelsebeginHOUR10<=HOUR10+1;endendelsebeginHOUR1<=HOUR1+1;endendelsebeginMIN10<=MIN10+1;endendelsebeginMIN1<=MIN1+1;endendelsebeginSEC10<=SEC10+1;endendelsebeginSEC1<=SEC1+1;endendelsebeginmSEC10<=mSEC10+1;endendelsebeginmSEC1<=mSEC1+1;endendendendalways@(SEL)beginif((HOUR1==0))begincase(SEL)8'b10111111:beginDisp_Temp<=MIN10;end8'b11011111:beginDisp_Temp<=MIN1;end8'b11101111:beginDisp_Temp<=10;end8'b11110111:beginDisp_Temp<=SEC10;end8'b11111011:beginDisp_Temp<=SEC1;end8'b11111101:beginDisp_Temp<=10;end8'b11111110:beginDisp_Temp<=mSEC10;end8'b01111111:beginDisp_Temp<=mSEC1;enddefault:beginDisp_Temp<=11;endendcaseendelsebegincase(SEL)8'b10111111:beginDisp_Temp<=HOUR10;1end8'b11011111:beginDisp_Temp<=HOUR1;2end8'b11101111:beginDisp_Temp<=10;3end8'b11110111:beginDisp_Temp<=MIN10;4end8'b11111011:beginDisp_Temp<=MIN1;5end8'b11111101:beginDisp_Temp<=10;6end8'b11111110:beginDisp_Temp<=SEC10;7end8'b01111111:beginDisp_Temp<=SEC1;8enddefault:beginDisp_Temp<=11;endendcaseendendalways@(posedgeClk)beginledag<=Disp_Decode;endalways@(Disp_Temp)begincase(Disp_Temp)0:beginDisp_Decode<=7'b0111111;0end1:beginDisp_Decode<=7'b0000110;1end2:beginDisp_Decode<=7'b1011011;2end3:beginDisp_Decode<=7'b1001111;3end4:beginDisp_Decode<=7'b1100110;4end5:beginDisp_Decode<=7'b1101101;5end6:beginDisp_Decode<=7'b1111101;6end7:beginDisp_Decode<=7'b0000111;7end8:beginDisp_Decode<=7'b1111111;8end9:beginDisp_Decode<=7'b1101111;9end10:beginDisp_Decode<=7'b1000000;-end11:beginDi