'k'k'k'k
'k'k'k'k
'k'k'k'k
'k'k'k'k
EDA数字钟设计
项目名称： 适用年级： 所属课程： 姓名 ： 学号 ： 班级 ： 指导老师:VHDL
项目名称： 适用年级： 所属课程： 姓名 ： 学号 ： 班级 ： 指导老师:
2
《可编程数字系统》
***********
***********
***
《可编程数字系统》课程设计题目
、课程设计目的：熟悉EDA工具；掌握用 VHDL语言进行数字系统设计的基本方 法和流程。
、设计任务：任选以下两道题目中的一道，用 VHDL语言描述，用 Quartusll工具编
译和综合，仿真，并在实验板上实现，同时提交实验报告。
设计一数字钟，用数码管显示
基本功能要求：
（1） 可以分屏显示时、分、秒，可用数码管的小数点“ ?”代替时、分、秒的
分隔符“：”，分屏显示是指由于数码管只有 4个，不能同时显示时、分、
秒，但可以只显示时、分，或只显示分、秒，通过按键来切换这两种显示 方式。
（2） 可设置时钟的开始时间。设置时，相应的数码管要闪烁，指示当前设置的 位置（内容）。
（3） 具有闹铃功能，可以设定闹铃时间。闹铃时间到， LED闪烁进行指示
三、设计与实验报告要求
1、 项目必须在一周内独立完成，发现抄袭者，一律不及格；
2、 以上题目的要求为必须完成的基本功能，在此基本功能的基础上，鼓励学生 增加更多功能（可加分）；
3、 提交的实验报告必须包含但不限于以下基本内容：设计原理、系统分析、程 序设计、仿真结果、实验结果（可附上实验板运行时的照片）、结论或分析
4、 验收方式：实物验收，需演示，并答辩。
5、 评分标准：以完成上述的基本功能为基准， 第一道题目的基准分为 75,第二 道题目的基准分为85分，根据完成设计的具体情况以及设计报告的质量， 综合得分上下浮动。
6、 实验套件要妥善使用和保管，如有损坏或丢失，按情节轻重处理。
一、 设计原理
EP2C5T144C有50MHZ勺时钟频率输出，通过分频计数器，接入数字钟。数 字钟由计数器、译码器、显示器等部分构成，数字钟的时、分、秒实际上就是由 一个24进制计数器（00-23），两个60进制计数器（00-59 ）级联构成。显示模 块用200HZ的频率，显示效果很好。利用 Quartus II 9.0 软件编写VHDL语言,
编写六十进制、二十四进制；译码、显示部分用一个四进制，二 -四译码器，数
据选择器及七段译码器构成。最后生成相对应的模块连接成数字钟电路图。
数字钟的功能实际上是对秒信号计数。 EDA-V硬件开发系统可提供不同的时钟信号，分频
后可产生秒时钟。数字钟在结构上可分为两个部分： 计数器和显示器。计数器又可分为秒计
数器、分计数器和小时计数器；秒计数器和分计数器由两个六十进制构成， 小时计数器由二
十四进制计数器实现。
动态显示电路可用三态门构成的四选一数据选择器， 和一个四进制加一个二四译码器， 还有
一个七段译码器 7448组成。三态门在选择了一个数码管的同时，打开一个三态门，其他的 关闭。进而实现数据选择。如图 1所示的用三态门实现动态显示的框图。
标准参考时钟
4进制
一24译
?
计数器i
*
码器
在Quartusll软件中实现四个数码管的动态显示原理
二、程序设计
计数部分
VHDL语言设计的秒和分，带整点报时和分的设置
--Second1(秒计数6进制和10进制)
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
En tity sec ond1 is
Port( clks,clr:in std_logic;
Secs,Secg: out std_logic_vector(3 dow nto 0); cout1:out std_logic);
End sec on d1;
Architecture a of sec ond1 is
Begin
Process(clks,clr)
variable ss,sg: std_logic_vector(3 dow nto 0);
variable co: std_logic;
Begin
If clr='0' then ss:="0000"; sg:="0000";
Elsif clks'eve nt and clks='1' the n
if ss="0101" and sg="1001" then ss:="0000"; sg:="0000";co:='1';
elsif sg<"1001" then sg:=sg+1;co:='0';
elsif sg="1001" then sg:="0000";ss:=ss+1;co:='0';
end if;
end if;
cout1<=co;
Secs<=ss;
Secg<=sg;
end process;
End a;
--Min1 (分计数器 6进制和10进制alm实现整点报时)
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
En tity mi n1 is
Port(clkm,clr:in std_logic;
min s,mi ng:buffer std_logic_vector(3 dow nto 0);
enmin ,alarm: out std」o gic);
End;
Architecture a of mi n1 is
Begi n
Process(clkm,clr)
variable ms,mg :std_logic_vector(3 dow nto 0);
variable so,alm :std_logic;
Begin
If clr='0' then ms:="0000"; mg:="0000";
Elsif clkm'eve nt and clkm='1' the n
if ms="0101" and mg="1001" then ms:="0000";mg:="0000"; so :='1'; alm:='1';
elsif mg<"1001" then mg:=mg+1; so :='0';alm:='0';
elsif mg="1001" then mg:="0000";ms:=ms+1; so :='0';alm:='0';
end if;
end if;
alarm<=alm;
enmin<= so;
min s<=ms;
min g<=mg;
End process;
End a;
VHDL语言设计的二十四进制电路
--Hourl (时计数器 4进制与2进制)
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
En tity hour1 is
Port(clkh,clr:in std_logic;
hours,hourg:out std_logic_vector(3 dow nto 0));
End;
Architecture a of hour1 is
Begi n
Process(clkh,clr)
variable hs,hg :std_logic_vector(3 dow nto 0);
Begi n
If clr='0' the n hs:="0000"; hg:="0000";
Elsif clkh'event and clkh='1' then
if hs="0010"and hg="0011" then hs:="0000";hg:="0000";
elsif hg<"1001" then hg:=hg+1;
elsif hg="1001" then hg:="0000";hs:=hs+1; end if;
end if;
hours<=hs;
hourg<=hg;
End process;
End;
模块动态显示部分
(1)VHDL语言设计的四进制电路，模块
library ieee;
use ieee.std _lo gic_1164.all;
use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
en tity time4_old is
port(
clk :in std_logic;
q :buffer std_logic_vector (1 dow nto 0)
);
end time4_old;
architecture xx of time4_old is
begin
process ( clk )
begin
if (clk'eve nt and clk = '1') the n
if q<"11" then
q<=q+1;
else
q<="00";
end if;
else
q<=q;
end if;
end process;
end xx;
(2) VHDL语言设计的2线-4线译码器
en tity case24 is
port(
sel: in bit_vector (1 dow nto 0);
y: out bit_vector (3 dow nto 0)
);
end case24;
architecture xx of case24 is
begin
process(sel)
begin
case sel is
when "00" =>y<="1110";
when "01" =>y<="1101";
when "10" =>y<="1011"; when others =>y<="0111";
end case;
end process;
end xx;
VHDL语言设计的数据选择器模块
en tity mux4v is
port(
a,b,c,d:i n bit_vector(3 dow nto 0); sel:i n bit_vector(1 dow nto 0); result:out bit_vector(3 dow nto 0) );
end mux4v;
architecture aa of mux4v is
begin
with sel select
result <= a whe n "11",
b whe n "10",
c whe n "01",
d whe n others;
end aa;
VHDL语言七段译码器设计模块
en tity m7448 is
port(
result:i n bit_vector (3 dow nto 0);
seg :out bit_vector(6 dow nto 0)
);
end m7448;
architecture xx of m7448 is
begin
process(result)
begin
case result is
whe n "0000"=>seg<="0000001";
when "0001"=>seg<="1001111";
when "0010"=>seg<="0010010";
when "0011"=>seg<="0000110";
when "0100"=>seg<="1001100";
when "0101"=>seg<="0100100";
when "0110"=>seg<="0100000";
when "0111"=>seg<="0001111";
whe n "1000"=>seg<="0000000";
when others=>seg<="0000100";
end case;
end process;
end xx;
6选4数据选择器和切换显示按键模块
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
en tity try_n ew_64 is
port(
secs,secg, mins,min g,hours,hourg:i n bit_vector(3 dow nto 0); key_sel:i n bit;
Ioc1,loc2,loc3,loc4:out bit_vector(3 dow nto 0)
);
end try_n ew_64;
Architecture a of try_n ew_64 is
sig nal key_sel_c on:i nteger range 0 to 1;
Begi n
key_sel_c on _proc:process(key_sel) begin
if key_sel'eve nt and key_sel='0' the n if key_sel_c on =1 the n
key_sel_c on<=0;
else
key_sel_c on<=key_sel_c on+1; end if;
end if;
end process;
Process(key_sel_c on)
Begin
case key_sel_c on is whe n 0=> loc1<=mins;
Ioc2<=ming;
Ioc3<=secs; loc4<=secg;
when 1=>
Ioc1<=hours;
Ioc2<=hourg;
loc3<=mins;
Ioc4<=ming;
end case;
end process;
end a;
因为板上资源有限，用 4个数码管显示时钟，下面是切换显示的程序
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
en tity try_n ew_64 is
port(
secs,secg, mins,min g,hours,hourg:i n bit_vector(3 dow nto 0); key_sel:i n bit;
Ioc1,loc2,loc3,loc4:out bit_vector(3 dow nto 0)
);
end try_n ew_64;
Architecture a of try_n ew_64 is
sig nal key_sel_c on:i nteger range 0 to 1;
Begi n
key_sel_c on _proc:process(key_sel) begin
if key_sel'eve nt and key_sel='0' the n if key_sel_c on =1 the n
key_sel_c on<=0;
else
key_sel_c on<=key_sel_c on+1; end if;
end if;
end process;
Process(key_sel_c on)
Begin
case key_sel_c on is whe n 0=> loc1<=mins;
Ioc2<=ming;
Ioc3<=secs; loc4<=secg;
when 1=>
Ioc1<=hours;
Ioc2<=hourg;
loc3<=mins;
Ioc4<=ming;
end case;
end process;
end a;
o
输出1011即可。
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
en tity givesig is
port(
sel: in bit_vector (1 dow nto 0); y: out bit
);
end givesig;
architecture xx of givesig is begin process(sel) begin if (sel="10") the n y<='0： else y<='1';
end if; end process;
end xx;
打包了时钟的程序如下
--Topclock (元件例化顶层文件)
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_arith.all;
Use ieee.std_logic_ un sig ned.all;
En tity topclock is
Port(clk,clr,en,m1,h1:in std_logic;
alarm:out std_logic;
secs,secg ,mins,min g,hours,hourg:buffer std_logic_vector(3 dow nto 0));
End;
Architecture one of topclock is
Comp onent sec ond1
Port( clks,clr:in std_logic;
secs,secg: buffer std_logic_vector(3 dow nto 0); cout1: out std_logic);
End Comp onent;
Comp onent min1
Port(clkm,clr:in std_logic;
min s,mi ng:buffer std_logic_vector(3 dow nto 0); enmin ,alarm: out std」o gic);
End Comp onent;
Comp onent hour1
Port(clkh,clr:in std_logic;
hours,hourg:buffer std_logic_vector(3 dow nto 0));
End Comp onent;
Comp onent madapt
Port(e n,m1,clk,seci n:in std_logic;
min set:out std_logic);
End Comp onent;
Comp onent hadapt
Port(e n,h1,clk,mi nin:in std_logic;
hourset:out std_logic);
End Comp onent;
sig nal a,b,c,d: std_logic;
begin
u1:sec ond1 port map(clr=>clr,
secs=>secs,secg=>secg,clks=>clk, cout1=>a);
u2: min1 port map(clr=>clr,alarm=>alarm,
min s=>mi ns,mi ng=>mi ng,clkm=>b,e nmi n=>c);
u3:hour1 port map(clr=>clr, hours=>hours,hourg=>hourg,clkh=>d);
u4:madapt port map(e n=>en, m1=>m1,clk=>clk,seci n=>a, min set=>b); u5:hadapt port map(e n=>en, h1=>h1,clk=>clk, minin=>c,hourset=>d); en d;
数码管显示模块 只要把通常用的模块 0改1 1改0就可用了。如下 en tity m7448 is port(
result:i n bit_vector (3 dow nto 0);
seg :out bit_vector(6 dow nto 0) )；
end m7448;
architecture xx of m7448 is
begin
process(result)
begin
case result is
whe n "0000"=>seg<="0000001";
when "0001"=>seg<="1001111"; when "0010"=>seg<="0010010";
when "0011"=>seg<="0000110";
when "0100"=>seg<="1001100";
when "0101"=>seg<="0100100";
when "0110"=>seg<="0100000";
when "0111"=>seg<="0001111";
whe n "1000"=>seg<="0000000";
when others=>seg<="0000100";
end case;
end process;
end xx;
4选1选择器
en tity mux4v is
port(
a,b,c,d:i n bit_vector(3 dow nto 0); sel:i n bit_vector(1 dow nto 0); result:out bit_vector(3 dow nto 0) );
end mux4v;
architecture aa of mux4v is
begin
with sel select
result <= a whe n "11",
b whe n "10",
c whe n "01", d whe n others;
end aa;
分频器由Quartus自己的 程序库提出
Ipm counterl j
up 訂口 Li「t看'
》cteckr ：1-- - s ■ - - a -,.-
q[25..O]
ccut
:
:
7
r
l iru
=f:
T
位选模块CASE24
en tity case24 is
port(
sel: in bit_vector (1 dow nto 0); y: out bit_vector (3 dow nto 0) );
end case24;
architecture xx of case24 is begin
process(sel)
begin
case sel is
when "00" =>y<="1110";
when "01" =>y<="1101";
when "10" =>y<="1011"; when others =>y<="0111";
end case;
end process;
end xx;
上面就是我的完整程序。
三、仿真结果
VHDL语言设计的六十进制电路，模块及其波形
VHDL语言设计的二十四进制电路，模块及其波形
'k'k'k'k
'k'k'k'k
'k'k'k
'k'k'k
'k'k'k'k
'k'k'k'k
'k'k'k'k
'k'k'k'k
L
I1Z
clear
*
elk
S 92
田Q3
亡O
immrumnArLrLrLrLnrLrLrLrLrLrLrLrLn
0 X X 2 r u \ \ X 2 '￡
四、总电路图
Em gmjiuwi
UC CC^"!!1
、_b !
qPB.fl
—1
*■!>]
I
■r~：■ ■*;: ?
CZD
.TF=^-1 J
—1 , >1-
丨》 , L’u r 、 ,i
Ipm mniarfl
2 n
l^rr
■■■■.- ?“
rrrip DTj
fc
*■
■ MJ ■- - .1 -,
sl-切 車叮M
rTdrap m &M"
iwip og
—
Sts.- m
rtffl!
rtffl!
五、运行情况
按键说明：
S6:切换显示
S3小时设置
S1分钟设置
S5清零按钮
S2屏蔽设置分、时设置（按住为屏蔽）
时分显示
分秒显示
Key72切换显示
显示效果良好，没有出现错误 六、结论分析
1时钟显示正常；
2设置时、分功能正常、
3清零键正常
因为时间和个人能力， 没能做出闪烁。用了失能和双频率赋值的方法做了 4个程序，都不能
正常使用，故放弃了闪烁。
闹钟程序虽然比较简单但是因为时间问题，也夭折了。
七、收获感想
八、参考资料
《VHDL使用教程》潘松王国栋编著
清华大学出版社《EDA技术与VHDL程序开发基础教程》
清华大学出版社
相关热词搜索： 实验报告 实验 报告 最新 最新数字钟实验报告x
