数电设计数字钟基于QUARTUS.docx
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数电设计数字钟基于QUARTUS
大连理工大学本科实验报告
题目：
数电课设——多功能数字钟
课程名称：
数字电路课程设计
学院（系）：
电信学部
专业：
电子与通信工程
班级：
学生姓名：
***************
学号：
***************
完成日期：
成绩：
2010年12月17日
题目：
多功能数字时钟
一．设计要求
1）具有‘时’、‘分’、‘秒’的十进制数字显示（小时从00～23）
2）具有手动校时校分功能
3）具有整点报时功能，从59分50秒起，每隔2秒钟提示一次
4）具有秒表显示、计时功能（精确至百分之一秒），可一键清零
5）具有手动定时，及闹钟功能，LED灯持续提醒一分钟
6）具有倒计时功能，可手动设定倒计时范围，倒计时停止时有灯光提示，可一键清零
二．设计分析及系统方案设计
1.数字钟的基本功能部分，包括时、分、秒的显示，手动调时，以及整点报时部分。
基本模块是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。
利用DE2硬件中提供的50MHZ晶振，经过分频得到周期为1s的时钟脉冲。
将该信号送入计数器进行计算，并把累加结果以“时”“分”“秒”的形式通过译码器由数码管显示出来。
进入手动调时功能时，通过按键改变控制计数器的时钟周期，使用的时钟脉冲进行调时计数（KEY1调秒，LOAD2调分，LOAD3调时），并通过译码器由七位数码管显示。
从59分50秒开始，数字钟进入整点报时功能。
每隔两秒提示一次。
（本设计中以两个LED灯代替蜂鸣器，进行报时）
2.多功能数字钟的秒表功能部分，计时范围从00分秒至59分秒。
可由输入信号（RST1）异步清零，并由按键（EN1）控制计时开始与停止。
将DE2硬件中的50MHZ晶振经过分频获得周期为秒的时钟脉冲，将信号送入计数器进行计算，并把累计结果通过译码器由七位数码管显示。
3.多功能数字钟的闹钟功能部分，通过按键（KEY1，KEY2，KEY3）设定闹钟时间，当时钟进入闹钟设定的时间（判断时钟的时信号qq6,qq5与分信号qq4，qq3分别与闹钟设定的时信号r6,r5与分信号r4,43是否相等），则以LED灯连续提示一分钟。
4.多功能数字钟的倒计时功能部分，可通过按键（LOAD7调秒,LOAD8调分，LOAD9调时）设定倒计时开始时刻。
倒计时的时钟与数字钟的时钟相同，每迎到一个时钟上升沿，则计数器减一。
计数器减至00时，分钟位、秒钟位恢复至59，时钟位恢复至23。
倒计时结束时（即00时00分00秒），控制LED灯亮，表示倒计时结束。
本设计通过数据选择器控制译码器，使数码管独立显示，各功能之间互不影响。
当LOAD4为高电平，则对秒表信号进行译码，数码管显示秒表数据；当LOAD4为低电平，LOAD5为高电平，则对闹钟信号进行译码，数码管显示闹钟数据；当LOAD4，LOAD5为低电平,LOAD6为高电平，则对倒计时信号进行译码，数码管显示倒计时信号数据；当LOAD4，LOAD5，LOAD6全为低电平，则对正常时钟信号进行译码，数码管显示时钟信号数据。
附图1：
系统总体结构框图
3．系统以及模块硬件电路设计
硬件模块包含与，或，非多个基本逻辑单元，由硬件芯片内部提供，软件编程是为了目的性的操作硬件。
50MHZ的晶振进行分频操作：
根据上式得到周期分别为1s,,的时钟。
附图2系统硬件电路设计
下载时选择的开发系统模式以及管脚定义
表1GW48-CK开发系统工作模式：
接口
名称
类型
（输入/输出）
结构图上
的信号名
引脚号
说明
clk
Input
Pin_N2
2
50MHzclock信号
En1
Input
Pin_P2
1
秒表运行使能段
EN2
Input
Pin_N1
2
倒计时运行使能段
KEY1
Input
Pin_N23
5
秒钟调节按键
KEY2
Input
Pin_P23
6
闹钟分钟调节按键
KEY3
Input
Pin_W26
6
闹钟时钟调节按键
Led1
Output
Pin_AE23
7
闹钟显示
Led2
Output
Pin_AA20
7
接近整点显示
Led3
Output
Pin_Y18
7
整点显示
Led4
Output
Pin_AF23
7
倒计时结束显示
Led5
Output
Pin_AD12
8
倒计时结束闪烁
Load1
Input
Pin_V2
1
时钟运行使能端
Load2
Input
Pin_V1
1
数字钟分钟调节按键
Load3
Input
Pin_U4
1
数字时钟调节按键
Load4
Input
Pin_U3
1
选择秒表显示
Load5
Input
Pin_P1
1
选择闹钟显示
Load6
Input
Pin_A13
4
选择倒计时显示
Load7
Input
Pin_C13
3
倒计时初始秒钟设定
Load8
Input
Pin_AC23
8
倒计时初始分钟设定
Load9
Input
Pin_AD13
8
倒计时初始时钟设定
q1[0]
Output
Pin_AF10
8
秒钟低位数码管显示
q1[1]
Output
Pin_AB12
8
q1[2]
Output
Pin_AC12
8
q1[3]
Output
Pin_AD11
8
q1[4]
Output
Pin_AE11
8
q1[5]
Output
Pin_V14
8
q1[6]
Output
Pin_V13
8
q2[0]
Output
Pin_V20
6
秒钟高位数码管显示
q2[1]
Output
Pin_V21
6
q2[2]
Output
Pin_W21
6
q2[3]
Output
Pin_Y22
6
q2[4]
Output
Pin_AA24
6
q2[5]
Output
Pin_AA23
6
q2[6]
Output
Pin_AB24
6
q3[0]
Output
Pin_AB23
6
分钟低位数码管显示
q3[1]
Output
Pin_V22
6
q3[2]
Output
Pin_AC25
6
q3[3]
Output
Pin_AC26
6
q3[4]
Output
Pin_AB26
6
q3[5]
Output
Pin_AB25
6
q3[6]
Output
Pin_Y24
6
q4[0]
Output
Pin_Y23
6
分钟高位数码管显示
q4[1]
Output
Pin_AA25
6
q4[2]
Output
Pin_AA26
6
q4[3]
Output
Pin_Y26
6
q4[4]
Output
Pin_Y25
6
q4[5]
Output
Pin_U22
6
q4[6]
Output
Pin_W24
6
q5[0]
Output
Pin_U9
1
q5[1]
Output
Pin_U1
1
q5[2]
Output
Pin_U2
1
小时低位数码管显示
q5[3]
Output
Pin_T4
1
q5[4]
Output
Pin_R7
1
q5[5]
Output
Pin_R6
1
q5[6]
Output
Pin_T3
1
q6[0]
Output
Pin_T2
1
小时高位数码管显示
q6[1]
Output
Pin_P6
1
q6[2]
Output
Pin_P7
1
q6[3]
Output
Pin_T9
1
q6[4]
Output
Pin_R5
1
q6[5]
Output
Pin_R4
1
q6[6]
Output
Pin_R3
1
rst1
Input
Pin_T7
1
秒表异步清零
Rst2
Input
Pin_B13
4
倒计时异步清零
四系统的VHDL设计
源程序：
--代码共372行
libraryieee;
useclockis
port（load9,load8,load7,load6,load5,load4,load3,load2,load1:
instd_logic;
clk,rst1,rst2,en1,en2,key1,key2,key3:
instd_logic;
q1,q2,q3,q4,q5,q6:
outstd_logic_vector（6downto0）;
led1,led2,led3,led4,led5:
outstd_logic
）;
end;
architectureaofclockis
signalqq1,qq2,qq3,qq4,qq5,qq6:
std_logic_vector（3downto0）;--数字钟计数器信号
signalvis1,vis2,vis3,vis4,vis5,vis6:
std_logic_vector（3downto0）;
signalcp1,cp2,cp3,cp4,cp5:
std_logic;
signalp1:
integerrange0to49;
signalp2:
integerrange0to999;
signalp3:
integerrange0to999;
signalclfsa:
integerrange0to499;
signalen,a1,e1,c1,hlfs,l:
std_logic;
signalclkx,clkx1,clkx2,clkx3,clkx4:
std_logic;
signala,b,c,d,e,f,g:
std_logic_vector（3downto0）;--秒表计数器信号
signalr1,r2,r3,r4,r5,r6:
std_logic_vector（3downto0）;--闹钟信号
signalz1,z2,z3,z4,z5,z6:
std_logic_vector（3downto0）;--倒计时计数器信号
signalalz1,alz2,alz3,alz4,alz5:
std_logic;
Begin
--------------------------------------------------------
---------------分频模块-----------------------------
--------------------------------------------------------
process（clk）--分频1
begin
ifrising_edge（clk）then
ifp1=49then
p1<=0;cp1<='1';
else
p1<=p1+1;cp1<='0';
endif;
endif;
endprocess;
process（cp1）--分频2
begin
ifrising_edge（cp1）then
ifp2=999then
p2<=0;cp2<='1';
else
p2<=p2+1;cp2<='0';
endif;
endif;
endprocess;
process（cp2）--得到周期为1秒的信号
begin
ifrising_edge（cp2）then
ifp3=999then
p3<=0;cp3<='1';
else
p3<=p3+1;cp3<='0';
endif;
endif;
endprocess;
process（cp2）--得到周期为百分之一秒的信号
begin
ifrising_edge（cp2）then
ifa="1001"thena<="0000";a1<='1';
elsea<=a+1;a1<='0';
endif;
endif;
endprocess;
process（cp2）--得到周期为秒的信号
begin
ifrising_edge（cp2）then
ifclfsa=499then
clfsa<=0;hlfs<='1';
else
clfsa<=clfsa+1;hlfs<='0';
endif;
endif;
endprocess;
--------------------------------------------------------
---------------数字钟模块--------------------------
--------------------------------------------------------
process（cp3,load1,key1）--数字钟秒钟计数器
begin
ifrising_edge（cp3）then
ifload1='1'then
ifkey1='0'then--秒钟手动调节
ifqq2="0101"andqq1="1001"
thenqq1<="0000";qq2<="0000";
elsifqq1="1001"then
qq1<="0000";qq2<=qq2+1;
elseqq1<=qq1+1;
endif;
endif;
elseifload1='0'then
ifqq2="0101"andqq1="1001"
thenqq1<="0000";qq2<="0000";cp4<='1';
elsifqq1="1001"then
qq1<="0000";qq2<=qq2+1;cp4<='0';
elseqq1<=qq1+1;cp4<='0';
endif;
ifqq2="0101"anden='1'then--整点报时
caseqq1is
when"0001"=>led2<='1';
when"0011"=>led2<='1';
when"0101"=>led2<='1';
when"0111"=>led2<='1';
when"1001"=>led3<='1';
whenothers=>led2<='0';led3<='0';
endcase;
elseled2<='0';led3<='0';
endif;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process（hlfs,cp4,load2）--数字钟分钟计数器
begin
ifload2='1'thenclkx<=hlfs;elseclkx<=cp4;endif;--当load2为高电平时，进行分调节
ifrising_edge（clkx）then
ifqq4="0101"andqq3="1001"
thenqq3<="0000";qq4<="0000";cp5<='1';
elsifqq3="1001"then
qq3<="0000";qq4<=qq4+1;cp5<='0';
elseqq3<=qq3+1;cp5<='0';
endif;
endif;
ifqq3="1001"andqq4="0101"thenen<='1';elseen<='0';endif;
endprocess;
process（hlfs,cp5,load1）--数字钟时钟计数器
begin
ifload3='1'thenclkx1<=hlfs;elseclkx1<=cp5;endif;--当load3为高电平时，进行小时调节
ifrising_edge（clkx1）then
ifqq5="0011"andqq6="0010"then
qq5<="0000";qq6<="0000";
elsifqq5="1001"then
qq5<="0000";qq6<=qq6+1;
elseqq5<=qq5+1;
endif;
endif;
endprocess;
--------------------------------------------------------
---------------闹钟模块-----------------------------
--------------------------------------------------------
process（hlfs,load5,key1）--闹钟秒计数器
begin
ifrising_edge（hlfs）then
ifload5='1'then
ifkey1='0'then--手动进行闹钟秒设定
ifr2="0101"andr1="1001"
thenr1<="0000";r2<="0000";
elsifr1="1001"then
r1<="0000";r2<=r2+1;
elser1<=r1+1;
endif;
endif;endif;endif;
endprocess;
process（hlfs,load5,key2）--闹钟分计数器
begin
ifrising_edge（hlfs）then
ifload5='1'then
ifkey2='0'then--手动进行闹钟分设定
ifr4="0101"andr3="1001"
thenr3<="0000";r4<="0000";
elsifr3="1001"then
r3<="0000";r4<=r4+1;
elser3<=r3+1;
endif;
endif;endif;endif;
endprocess;
process（hlfs,load5,key3）--闹钟小时计数器
begin
ifrising_edge（hlfs）then
ifload5='1'then
ifkey3='0'then--手动进行闹钟小时设定
ifr6="0010"andr5="0011"
thenr5<="0000";r6<="0000";
elsifr5="1001"then
r5<="0000";r6<=r6+1;
elser5<=r5+1;
endif;
endif;endif;endif;
endprocess;
process（cp3,qq1,qq2,qq3,qq4,qq5,qq6,r1,r2,r3,r4,r5,r6）--数字钟与闹钟相符，以LED灯进行提示
begin
ifrising_edge（cp3）then
ifqq3=r3andqq4=r4andqq5=r5andqq6=r6
thenled1<='1';
elseled1<='0';
endif;
endif;
endprocess;
--------------------------------------------------------
---------------秒表模块-----------------------------
--------------------------------------------------------
process（a1,rst1,en1）--秒表计数器
begin
ifrst1='1'thenb<="0000";c<="0000";--秒表异步清零
elsifrising_edge（a1）then
ifen1='1'then
ifb="1001"andc="1001"
thenb<="0000";c<="0000";c1<='1';
elsifb="1001"then
b<="0000";c<=c+1;c1<='0';
elseb<=b+1;c1<='0';
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process（c1,rst1,en1）
begin
ifrst1='1'thend<="0000";e<="0000";
elsifrising_edge（c1）then
ifen1='1'then
ifd="1001"ande="0101"
thend<="0000";e<="0000";e1<='1';
elsifd="1001"then
d<="0000";e<=e+1;e1<='0';
elsed<=d+1;e1<='0';
endif;endif;
endif;
endprocess;
process（e1,rst1,en1）
begin
ifrst1='1'thenf<="0000";g<="0000";
elsifrising_edge（e1）then
ifen1='1'then
iff="1001"andg="0101"
thenf<="0000";g<="0000";
elsiff="1001"then
f<="0000";g<=g+1;
elsef<=f+1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
--------------------------------------------------------
---------------倒计时模块--------------------------
--------------------------------------------------------
process（cp3,rst2,en2,clkx2,load7,hlfs）--倒计时计数器
begin
ifload7='1'thenclkx2<=hlfs;elseclkx2<=cp3;endif;
ifrst2='1'thenz2<="0000";z1<="0000";alz1<='1';--倒计时异步清零
elsifrising_edge（clkx2）then
ifen2='1'then
ifz2="0000"andz1="0000"
thenz2<="0101
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