第8章-数字时钟设计.ppt

1、1. 多功能数字电子钟功能,正常计时：秒（60）、分（60）、小时（24）计数；秒计时的频率为1Hz，数码管用动态扫描实时显示计时的小时、分、秒。 整点报时：逢整点蜂鸣器在“59”分钟的第51、53、55、57秒发频率为512Hz的低音，在“59”分钟的第59秒发频率为1024Hz的高音。 校时： 1）校小时, 显示小时数码管以4Hz的频率递增计数； 2）校分, 显示分数码管以4Hz的频率递增计数； 3）校秒, 秒清0。,模60进,制计数器,模60进,制计数器,模24进,制计数器,CLK,小时计时 分计时 秒计时,CLK,1S,显示小时,显示分,显示秒,CLK/60,CLK/3600,1小时,

2、1分钟,个位,十位,个位,十位,个位,十位,计时,动显,1.计时、显示电路,RESET,60/24进制计数器（VHDL),8位数码管动态显示,8选一数据选择器4位BCD码 产生选段码ag信号；,gfedcba,M2,M1,M3,M4,M5,M6,M7,M8,8路脉冲分配器 产生选位M8 M1 信号；,模8计数器 38译码器,7段译码器,3:8译码器,模8,clk1k,d13.0,q2.0,8:1MUX,d73.0,b3.0,M8.1,ag,8位数码管动态显示,模24,clk1hz,h3.0,信号源,CPLD芯片,模60,m3.0,模60,s3.0,d03.0,d63.0,h7.4,s7.4,m

3、7.4,d23.0,d53.0可定义为特殊字（“1111”）,d33.0,d23.0,d43.0,d53.0,遇特殊字（“1111”）时显示（g=1),系统时钟 1）秒计数时钟1Hz 2) 校时时钟4Hz 3） 动显扫描时钟1024Hz 4） 蜂鸣器时钟 1024Hz 蜂鸣器时钟 512Hz,3. 报时、分频电路,报时：整点前59分 51，53，55，57秒输出512hz频率的时钟； 59秒输出1k 频率的时钟。,4. 系统框图,报时控制电路,显示控制电路,计时器,ag,clk1hz,扫描显示电路,cst,cht,cmt,reset,clk1k,clk4hz,clk1k,clk512,M1M8

4、,蜂鸣器,模块说明,时钟的设计共化分为6个模块：秒计数器（count60），分计数器（count601），小时计数器（count24），报警电路（bs），扫描电路（set），译码电路（led7）。下面具体分析各个模块的原理、内容和功能。,1.秒计数器(count60),能够实现60进制循环计数，带有复位端reset、手动调分功能端setmin和向分进位端c ，受时钟上升沿信号控制，其文本语言（文件名：count60.vhd）为底层文本，图1为秒计数器的仿真波形图。,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARI

5、TH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY COUNT60 IS PORT(CLK,RESET,SETMIN:IN STD_LOGIC; SEC0,SEC1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); C:OUT STD_LOGIC); END COUNT60; ARCHITECTURE ONE OF COUNT60 IS SIGNAL SEC0_T,SEC1_T:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL E_1,E_2: STD_LOGIC; BEGIN SEC0=SEC0_T; SE

6、C1=SEC1_T; E_2=(SETMIN and CLK); C=(E_1 or E_2);,PROCESS(CLK,RESET,SETMIN) BEGIN IF RESET=0THEN SEC0_T=0000;SEC1_T=0000; ELSIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF SEC0_T=1001 THEN SEC0_T=0000; SEC1_T=SEC1_T+1; ELSE SEC0_T=SEC0_T+1; END IF; IF SEC0_T=1001 AND SEC1_T=0101 THEN SEC0_T=0000;SEC1_T=0000; E_1=1; E

7、LSE E_1=0; END IF; END IF; END PROCESS; END ONE;,图1. 六十进制秒计数器的仿真波形,2.分计数器（COUNT601）,能够实现60进制循环计数，带有带有复位端reset、手动调小时功能端sethour和向时进位端CO ，受时钟上升沿信号控制。其文本语言（文件名：COUNT601.vhd）为底层文本，图2为分计数器的仿真波形图,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTIT

8、Y COUNT601 IS PORT(CLK,RESET,CLK1,SETHOUR:IN STD_LOGIC; MIN0,MIN1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); CO:OUT STD_LOGIC); END COUNT601; ARCHITECTURE ONE OF COUNT601 IS SIGNAL MIN0_T,MIN1_T:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL ENHOUR_1,ENHOUR_2:STD_LOGIC; BEGIN MIN0=MIN0_T; MIN1=MIN1_T; ENHOUR_2=(SETHOU

9、R and CLK1); CO=(ENHOUR_1 or ENHOUR_2);,PROCESS(CLK,RESET,SETHOUR) BEGIN IF RESET=0THEN MIN0_T=0000;MIN1_T=0000; ELSIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF MIN0_T=1001 THEN MIN0_T=0000; MIN1_T=MIN1_T+1; ELSE MIN0_T=MIN0_T+1; END IF; IF MIN0_T=1001 AND MIN1_T=0101 THEN MIN0_T=0000;MIN1_T=0000; ENHOUR_1=1; ELSE

10、 ENHOUR_1=0; END IF; END IF; END PROCESS; END ONE;,图2. 六十进制分计数器的仿真波形,3.小时计数器（COUNT24）,能够实现24进制循环计数，带有复位端reset，受时钟上升沿信号控制。其文本语言（文件名：COUNT24.vhd）为底层文本，图3为分计数器的仿真波形图。,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY COUNT24 IS PORT(CLK,RES

11、ET:IN STD_LOGIC; H0,H1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COUNT24; ARCHITECTURE ONE OF COUNT24 IS SIGNAL H0_T,H1_T:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN H0=H0_T；H1=H1_T;,PROCESS(CLK,RESET) BEGIN IF RESET=0THEN H0_T=0000;H1_T=0000; ELSIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF H0_T=0011 THEN H0_T=0000; H1_T=H1_T

12、+1; ELSE H0_T=H0_T+1; END IF; IF H0_T=0011 AND H1_T=0010 THEN H0_T=0000;H1_T=0000; END IF; END IF; END PROCESS; END ONE;,图3. 小时计数器的仿真波形,4.报警模块（BS）,能够实现整点报时和循环点亮3只LED灯，工作时受时钟上升沿控制。其文本语言（文件名：BS.vhd）为底层文本，图4为其仿真波形。,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LO

13、GIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY BS IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; M0,M1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SPEAK:OUT STD_LOGIC; LAMP:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); END BS; ARCHITECTURE ONE OF BS IS SIGNAL COUNT: STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); SIGNAL COUNT1:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); BEGIN,SPEAKER:PROCESS(CLK

14、) BEGIN SPEAK=10 THEN COUNT1=00; ELSE COUNT1=COUNT1+1; END IF; END IF; END IF; END PROCESS SPEAKER;,LAMPER:PROCESS(CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF COUNT=10 THEN IF COUNT=00 THEN LAMP=001; ELSIF COUNT=01 THEN LAMP=010; ELSIF COUNT=10 THEN LAMP=100; END IF; COUNT=COUNT+1; ELSE COUNT=00; END I

15、F;END IF; END PROCESS LAMPER ; END ONE;,图4. 声光报警仿真波形,5.扫描模块（SET）,能够实现逐次扫描秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位，并输出扫描数据和相应位的点dp，带有复位端reset，受扫描时钟上升沿控制。其文本语言（文件名：SET.vhd）为底层文本，图5为其仿真波形。,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY SET IS PORT(CLK1,R

16、ESET:IN STD_LOGIC; SE0,SE1,MI0,MI1,HU0,HU1: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SEL: OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); DP:OUT STD_LOGIC); END SET; ARCHITECTURE ONE OF SET IS SIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); BEGIG SEL=COUNT;,PROCESS(CLK1) BEGIN IF RESET=0

17、 THEN COUNTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUT=HU1;DP=0; END CASE; END PROCESS; END ONE;,图5. 时间数据扫描分时选择模块的仿真波形,6.译码器模块（LED7）,能够实现译码功能，将扫描到的数据能够译码显示在7段数码管上，输出端led6.0分别对应数码管的ag。其文本语言（文件名：LED7.vhd）为底层文本。,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTI

18、TY LED7 IS PORT( DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); END LED7; ARCHITECTURE ONE OF LED7 IS BEGIN,PROCESS(DIN) BEGIN CASE DIN IS WHEN0000=DOUTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUTDOUT=0000000; END CASE; END PROCESS; END ONE;,7.顶层文件,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOG

19、IC_1164.ALL; ENTITY CLOCK_TOP IS PORT(CLK,RESET,CLKDSP,SETMIN,SETHOUR:IN STD_LOGIC; A,B,C,D,E,F,G:OUT STD_LOGIC; LAMP,SEL:OUT STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0); DP,SPEAKER:OUT STD_LOGIC); END CLOCK_TOP; ARCHITECTURE ONE OF CLOCK_TOP IS COMPONENT COUNT60 -秒计数器COUNT60的元件声明 PORT(CLK,RESET,SETMIN:IN STD_LOG

20、IC; SEC0,SEC1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); C:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT;,COMPONENT COUNT601 -分计数器COUNT601的元件声明 PORT(CLK,RESET,CLK1,SETHOUR:IN STD_LOGIC; MIN0,MIN1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); CO:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; COMPONENT COUNT24 -时计数器COUNT24的元件声明 PORT(CLK,RESET:IN STD_LOG

21、IC; H0,H1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT; COMPONENT SET -时间数据扫描分时选择SET的元件声明 PORT(SE0,SE1,MI0,MI1,HU0,HU1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); RESET,CLK1:IN STD_LOGIC; DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); SEL:OUT STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0); DP:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT;,COMPONE

22、NT LED7 -7段译码LED7的元件声明 PORT( DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR (6 DOWNTO 0); END COMPONENT; COMPONENT BS -报警单元BS的元件声明 PORT ( CLK:IN STD_LOGIC; M0,M1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SPEAK:OUT STD_LOGIC; LAMP:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); END COMPONENT; SIGNAL SECOND_0,SECOND_1,MINUTE_0,MINUTE_1, HOUR_0,H