基于verilog的数字秒表的设计实现.docx
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基于verilog的数字秒表的设计实现
《HDL语言应用与设计》
实验报告
基于VerilogHDL数字秒表的设计
班级：
信科13-01班
：
谊坤
学号：
08133367
教师：
王冠军
基于VerilogHDL数字秒表的设计
一、秒表功能
1.计时围：
00:
00:
00—59:
59:
99
2.显示工作方式：
八位数码管显示
3．具有暂停和清零的功能
二、实验原理
1．实验设计原理
（1）秒表的逻辑结构较简单，它主要由十进制计数器、六进制计数器、分频器、数据选择器、和显示译码器等组成。
在整个秒表中最关键的是如何获得一个精确的100HZ计时脉冲，除此之外，整个秒表还需有一个启动信号和一个清零信号，以便秒表能随意停止、启动以及清零复位。
（2）秒表有共有8个输出显示，其中6个显示输出数据，分别为百分之一秒、十分之一秒、秒、十秒、分、十分，所以共有6个计数器与之相对应；另外两个为间隔符，显示‘-’。
8个计数器的输出全都为BCD码输出，这样便与同显示译码器连接。
（3）可定义一个24位二进制的寄存器hour用于存放8个计数器的输出，寄存器从高位到低位每连续4位为一组，分别存放百分之一秒、十分之一秒、间隔符、秒、十秒、间隔符、分、十分。
由频率信号输出端输出频率为100HZ的时钟信号，输入到百分之一秒模块的时钟端clk，百分之一秒模块为100进制的计数器，当计数到“1001”时，百分之一秒模块清零，同时十分之一秒模块加1；十分之一秒模块也为100进制的计数器，当计数到“1001”时，十分之一秒模块清零，同时秒模块加1；以此类推。
直到分模块计数到59进59。
秒表计数单位与对应输出信号
hour[3:
0]
百分之一秒
hour[7:
4]
十分之一秒
hour[11:
8]
秒
Hour[15:
12]
十秒
Hour[19:
16]
分
hour[23:
20]
十分
（4）为了消除按键消抖问题，定义寄存器key-inner来存储按键key的输入信号，key-flag作为启动/暂停的转换标志，key-inner[0]出现一个下降沿时，key-flag取反一次，当key-flag为0时计数器启动，1时计数器暂停，当key-flag为1同时key-inner[1]为9时，计数器清零。
（5）定义18位寄存器count用于存放分频和扫描用的计数值。
50MHZ的时钟信号500000分频，得到100HZ的时钟信号，而计数器以50MHZ的时钟信号218分频扫描8个七段译码器。
2.实验原理框图
秒表设计原理框图
三、实验过程
1、秒表总程序：
moduledapeng（clk_50M,dig,seg,ena,key）;
input[1:
0]key;
inputclk_50M;//输入频率为50MHZ的时钟
output[2:
0]dig;//数码管位选
output[7:
0]seg;//数码管段选
outputena;//3-8译码器使能
reg[2:
0]dig,count3b;
reg[7:
0]seg;
reg[3:
0]disp_dat;//定义显示数据寄存器
reg[18:
0]count;//定义计数寄存器
reg[23:
0]hour;//定义现在时刻寄存器
regclk100;//50MHZ的时钟信号500000分频，得到100HZ的时钟信号
regkey_flag;//启动/暂停的切换标志
reg[1:
0]key_inner;
assignena=0;
//按键输入缓存
always（posedgecount[16]）
begin
key_inner<=key;
end
always（negedgekey_inner[0]）
begin
key_flag=~key_flag;
end
//0.01秒信号产生部分，产生100HZ的时钟信号
always（posedgeclk_50M）
begin
if（count==249999）
begin
clk100<=~clk100;
count<=0;
end
else
count<=count+1'b1;
end
//数码管动态扫描显示部分
always（posedgecount[10]）
begin
count3b=count3b+1;
case（count3b）
3'd7:
disp_dat=hour[3:
0];
3'd6:
disp_dat=hour[7:
4];
3'd5:
disp_dat=4'ha;
3'd4:
disp_dat=hour[11:
8];
3'd3:
disp_dat=hour[15:
12];
3'd2:
disp_dat=4'ha;
3'd1:
disp_dat=hour[19:
16];
3'd0:
disp_dat=hour[23:
20];
default:
disp_dat=4'bxxxx;
endcase
dig=count3b;
end
always（disp_dat）
begin
case（disp_dat）
4'h0:
seg=8'h3f;
4'h1:
seg=8'h06;
4'h2:
seg=8'h5b;
4'h3:
seg=8'h4f;
4'h4:
seg=8'h66;
4'h5:
seg=8'h6d;
4'h6:
seg=8'h7d;
4'h7:
seg=8'h07;
4'h8:
seg=8'h7f;
4'h9:
seg=8'h6f;
4'ha:
seg=8'h40;
default:
seg=8'bxxxxxxxx;
endcase
end
//计时处理部分
always（posedgeclk100）//计时处理
begin
if（!
key_inner[1]&&key_flag==1）//判断是否复位键
begin
hour=24'h0;
end
elseif（!
key_flag）
begin
hour[3:
0]=hour[3:
0]+1;
if（hour[3:
0]==4'ha）
begin
hour[3:
0]=4'h0;
hour[7:
4]=hour[7:
4]+1;
if（hour[7:
4]==4'ha）
begin
hour[7:
4]=4'h0;
hour[11:
8]=hour[11:
8]+1;
if（hour[11:
8]==4'ha）
begin
hour[11:
8]=4'h0;
hour[15:
12]=hour[15:
12]+1;
if（hour[15:
12]==4'h6）
begin
hour[15:
12]=4'h0;
hour[19:
16]=hour[19:
16]+1;
if（hour[19:
16]==4'ha）
begin
hour[19:
16]=4'h0;
hour[23:
20]=hour[23:
20]+1;
end
if（hour[23:
20]==4'h6）
hour[23:
20]=4'h0;
end
end
end
end
end
end
endmodule
2.编译调试
编译后结果如下：
编译正确，接下来进行硬件测试。
3．硬件实现
根据如下各表绑定硬件引脚：
50MHZ晶振与FPGA管脚配置表
信号名称
对应FPGA管脚名称
功能说明
50MHZ
Pin_L1
50MHZClockinput
八位七段数码管接口与FPGA管脚配置表
信号名称
FPGAI/O名称
核心板接口管脚号
功能说明
Seg[0]
Pin_M6
JP1_28
7-Segdisplay“a”
Seg[1]
Pin_M5
JP1_27
7-Segdisplay“b”
Seg[2]
Pin_L8
JP1_26
7-Segdisplay“c”
Seg[3]
Pin_J4
JP1_25
7-Segdisplay“d”
Seg[4]
Pin_H6
JP1_24
7-Segdisplay“e”
Seg[5]
Pin_H5
JP1_23
7-Segdisplay“f”
Seg[6]
Pin_H4
JP1_22
7-Segdisplay“g”
Seg[7]
Pin_H3
JP1_20
7-Segdisplay“dp”
SEL[0]
Pin_N6
JP1_31
7-SegCOMportsetcle
SEL[1]
Pin_N4
JP1_30
SEL[2]
Pin_N3
JP1_29
按键开关模块接口与FPGA管脚配置表
信号名称
FPGAI/O名称
核心板接口管脚号
功能说明
S[0]
Pin_Y18
JP2_49
‘S1’Switch
S[1]
Pin_Y19
JP2_47
‘S2’Switch
S[2]
Pin_Y20
JP2_45
‘S3’Switch
S[3]
Pin_W20
JP2_43
‘S4’Switch
S[4]
Pin_Y17
JP2_50
‘S5’Switch
S[5]
Pin_V15
JP2_48
‘S6’Switch
S[6]
Pin_V14
JP2_46
‘S7’Switch
S[7]
Pin_U15
JP2_44
‘S8’Switch
引脚绑定后如下如图所示：
绑定完成后编译，无错误后下载测试：
硬件测试结果：
数码管显示格式为：
00-00-00，计时进行，Run/stop和Reset功能键由FPGA板子上的开关栏的key[0]和key[1]代替,按一下key[0]键，数码管上的时间停止计时，然后按下key[1]键，数码管上时间清零复位为00-00-00；接着再按一下key[0]键，数码管重新开始计时。
四、实验感悟
经过这次的实验，让我们对VerilogHDL语言掌握程度加深了，对QuartusII这个软件的使用也相对开始来说更加熟悉，经过实验，对课上的知识有了进一步的熟悉。
当然，试验期间也存在许多问题，刚开始写程序时常因VerilogHDL语言的不熟悉，常出现综合错误的问题，有时程序虽然编译没有错误，但下到板子上时，却显示有误，还需要经过多次的调试。
总的来说，只要仔细检查、并经常使用该语言后，就会在很大程度上避免诸如语法错误等非逻辑问题。
在定义寄存器用于计数功能时，最好先赋初值。
对于复杂的逻辑功能的电路实现，可以采用分模块的方法，以便检查程序的正误，而对于功能较简单的电路设计，只需要一个模块，从而避免在模块间连接时出现错误。
对于需要存放的比较大数据，最好直接采用整型，而不用定义寄存器，从而避免数据溢出。
通过此次的实验，我们还认识到：
写程序时应该养成良好的书写习惯，如在关键处加备注；定义变量、工程名、文件名时应用能“望词生义”的效果；嵌套程序应对齐书写等。
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