用fpga简易数字钟电路设计实验报告 概述及解释说明
基于FPGA的电子钟设计报告
基于FPGA的电子钟设计报告一、FPGA的基本知识1、可编程逻辑器件的概况可编程逻辑器件主要分为FPGA和CPLD 两种,两者的功能基本相同。
FPGA--现场可编程门阵列的简称CPLD--复杂可编程逻辑器件的简称2、FPGA芯片及其最小系统(1)FPGA芯片它的外形与普通嵌入式处理器芯片相同采用PGA(Organic pin grid Array，有机管脚阵列)的封装形式，但可以通过烧写特殊程序改变其内部结构，实现专门的电路功能。
基于FPGA的数字时钟2019-11-23 21:36·电力源动一、FPGA的基本知识1、可编程逻辑器件的概况可编程逻辑器件主要分为FPGA和CPLD 两种,两者的功能基本相同。
FPGA--现场可编程门阵列的简称CPLD--复杂可编程逻辑器件的简称它的外形与普通嵌入式处理器芯片相同采用PGA(Organic pin grid Array，有机管脚阵列)的封装形式，但可以通过烧写特殊程序改变其内部结构，实现专门的电路功能。
二、FPGA的设计方法1、编程语言FPGA的主流程序设计语言主要有VHDL语言与Verilog语言两种。
本课题采用VHDL语言进行编写。
VHDL--用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。
它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。
Verilog--一种基本语法与C语言相近，相比较于C语言更容易理解，2、图形化程序设计(设计效率低)三、软件开发环境QuartusII是Altera提供的FPGA开发集成环境，它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。
它完全支持VHDL设计流程，其内部嵌有VHDL逻辑综合器。
四、数字钟功能模块认识数字时钟的设计采用了自顶向下分模块的设计。
底层是实现各功能的模块，各模块由VHDL语言编程实现顶层采用原理图形式调用。
具体的设计框图：各模块原理剖析：（1）在七段数码管上具有时--分--秒的依次显示；（2）时、分、秒的个位记满十向高位进一，分、秒的十位记满五向高位进一，小时按24进制计数，分、秒按60进制计数；（3）整点报时，当计数到整点时扬声器发出响声；（4）时间设置：可以通过按键手动调节秒和分的数值。
FPGA可调数字时钟实验报告
一、实验要求1、用vhdl编程，实现10进制计数器2、用vhdl编程，实现60进制计数器3、用vhdl编程，实现数字时钟，时、分、秒、毫秒分别显示在数码管上。
4、实现可调数字时钟的程序设计，用按键实现时、分、秒、毫秒的调整。
二、实验原理用VHDL，行为级描述语言实现实验要求。
思路如下：1、分频部分：由50MHZ分频实现1ms的技术，需要对50MHZ采取500000分频。
2、计数部分：采用低级影响高级的想法，类似进位加1的思路。
对8个寄存器进行计数，同步数码管输出。
3、数码管输出部分：用一个拨码开关控制显示，当sw0=0时，四位数码管显示秒、毫秒的计数。
当sw0=1时，四位数码管显示时、分得计数。
4、调整部分：分别用四个按键控制时、分、秒、毫秒的数值。
先由一个开关控制计数暂停，然后，当按键按下一次，对应的数码管相对之前的数值加1,，通过按键实现时间控制，最后开关控制恢复计数，完成时间调整。
5、整个实现过程由一个文件实现。
三、实验过程各个引脚说明：Clk:50MHZSW:数码管切换，SW=’0’时，数码管显示为秒，毫秒。
SW=’1’时，数码管显示为时，分。
SW1:暂停与启动。
SW1=’0’时，时钟启动，SW=’1’时，时钟暂停。
SW2:时钟调整接通按钮，当SW2=’0’时，不进行调整，当SW=’1’时，通过按键调整时间。
KEY0：毫秒调整，按一次实现+1功能KEY1：秒调整，按一次实现+1功能KEY2：分调整，按一次实现+1功能KEY3：时调整，按一次实现+1功能Q0;第一个数码管Q1; 第二个数码管Q2: 第三个数码管Q3: 第四个数码管1、源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity paobiao isport(clk,sw,key0,key1,key2,key3,sw1,sw2:in std_logic;q0:out std_logic_vector(6 downto 0);q1:out std_logic_vector(6 downto 0);q2:out std_logic_vector(6 downto 0);q3:out std_logic_vector(6 downto 0));end paobiao;architecture behave of paobiao issignal cntt1 :integer range 0 to 10;signal cntt2 :integer range 0 to 10;signal cntt3 :integer range 0 to 10;signal cntt4 :integer range 0 to 6;signal cntt5 :integer range 0 to 10;signal cntt6 :integer range 0 to 10;signal cntt7 :integer range 0 to 10;signal cntt8 :integer range 0 to 6;signal cntttt1 :integer range 0 to 10;signal cntttt2 :integer range 0 to 10;signal cntttt3 :integer range 0 to 10;signal cntttt4 :integer range 0 to 6;signal cntttt5 :integer range 0 to 10;signal cntttt6 :integer range 0 to 10;signal cntttt7 :integer range 0 to 10;signal cntttt8 :integer range 0 to 6;beginprocess (clk)--,key0,key1,key2,key3)variable cnt :integer range 0 to 500000;--variable cnt9 :integer range 0 to 3000000000;variable cnt1 :integer range 0 to 10;variable cnt2 :integer range 0 to 10;variable cnt3 :integer range 0 to 10;variable cnt4 :integer range 0 to 6;variable cnt5 :integer range 0 to 10;variable cnt6 :integer range 0 to 10;variable cnt7 :integer range 0 to 10;variable cnt8:integer range 0 to 6;beginif(clk'event and clk='1') thenif(sw1='0') thenif(cnt>=2) thencnt:=0;cnt1:=cnt1+1;if (cnt1=10) thencnt1:=0;cnt2:=cnt2+1;if(cnt2=10) thencnt1:=0;cnt2:=0;cnt3:=cnt3+1;if(cnt3=10) thencnt1:=0;cnt2:=0;cnt3:=0;cnt4:=cnt4+1;if(cnt4=6) thencnt1:=0;cnt2:=0;cnt3:=0;cnt4:=0;cnt5:=cnt5+1; if (cnt5=10) thencnt5:=0;cnt6:=cnt6+1;if(cnt6=6) thencnt5:=0;cnt6:=0;cnt7:=cnt7+1;if(cnt7=4) thencnt5:=0;cnt6:=0;cnt7:=0;cnt8:=cnt8+1;if(cnt8=3) thencnt5:=0;cnt6:=0;cnt7:=0;cnt8:=0;end if;end if;end if;end if;end if;end if;end if;end if;else cnt:=cnt+1;end if;if(sw2='0') thencntt1<=cnt1;cntt2<=cnt2;cntt3<=cnt3;cntt4<=cnt4;cntt5<=cnt5;cntt6<=cnt6;cntt7<=cnt7;cntt8<=cnt8;elsecnt1:=cntttt1;cnt2:=cntttt2;cnt3:=cntttt3;cnt4:=cntttt4;cnt5:=cntttt5;cnt6:=cntttt6;cnt7:=cntttt7;cnt8:=cntttt8;cntt1<=cnt1;cntt2<=cnt2;cntt3<=cnt3;cntt4<=cnt4;cntt5<=cnt5;cntt6<=cnt6;cntt7<=cnt7;cntt8<=cnt8;end if;end if;end if;end process;process (key0)variable cnttt1 :integer range 0 to 10; variable cnttt2 :integer range 0 to 10; beginif(key0'event and key0='0') thencnttt1:=cnttt1+1;if(cnttt1=10) thencnttt1:=0;cnttt2:=cnttt2+1;if(cnttt2=10) thencnttt2:=0;end if;end if;cntttt1<=cnttt1;cntttt2<=cnttt2;end if;end process;process (key1)variable cnttt3 :integer range 0 to 10; variable cnttt4 :integer range 0 to 10; beginif(key1'event and key1='0') thencnttt3:=cnttt3+1;if(cnttt3=10) thencnttt3:=0;cnttt4:=cnttt4+1;if(cnttt4=6) thencnttt4:=0;end if;end if;cntttt3<=cnttt3;cntttt4<=cnttt4;end if;end process;process(key2)variable cnttt5 :integer range 0 to 10; variable cnttt6 :integer range 0 to 10; beginif(key2'event and key2='0') thencnttt5:=cnttt5+1;if(cnttt5=10) thencnttt5:=0;cnttt6:=cnttt6+1;if(cnttt6=6) thencnttt6:=0;end if;end if;cntttt5<=cnttt5;cntttt6<=cnttt6;end if;end process;process(key3)variable cnttt7 :integer range 0 to 10; variable cnttt8 :integer range 0 to 10; beginif (key3'event and key3='0') thencnttt7:=cnttt7+1;if(cnttt7=4) thencnttt7:=0;cnttt8:=cnttt8+1;if(cnttt8=3) thencnttt8:=0;end if;end if;cntttt7<=cnttt7;cntttt8<=cnttt8;end if;end process;--end if;--end process;process(cntt1,cntt5)beginif(sw='0') thencase cntt1 iswhen 0=>q0<="1000000";when 1=>q0<="1111001";when 2=>q0<="0100100";when 3=>q0<="0110000";when 4=>q0<="0011001";when 5=>q0<="0010010";when 6=>q0<="0000010";when 7=>q0<="1011000";when 8=>q0<="0000000";when 9=>q0<="0010000";when others=>q0<=NULL;end case;elsecase cntt5 iswhen 0=>q0<="1000000";when 1=>q0<="1111001";when 2=>q0<="0100100";when 3=>q0<="0110000";when 4=>q0<="0011001";when 5=>q0<="0010010";when 6=>q0<="0000010";when 7=>q0<="1011000";when 8=>q0<="0000000";when 9=>q0<="0010000";when others=>q0<=NULL;end case;end if;end process;process(cntt2,cntt6)beginif(sw='0') thencase cntt2 iswhen 0=>q1<="1000000";when 1=>q1<="1111001";when 2=>q1<="0100100";when 3=>q1<="0110000";when 4=>q1<="0011001";when 5=>q1<="0010010";when 6=>q1<="0000010";when 7=>q1<="1011000";when 8=>q1<="0000000";when 9=>q1<="0010000";when others=>q1<=NULL;end case;elsecase cntt6 iswhen 0=>q1<="1000000";when 1=>q1<="1111001";when 2=>q1<="0100100";when 3=>q1<="0110000";when 4=>q1<="0011001";when 5=>q1<="0010010";when 6=>q1<="0000010";when 7=>q1<="1011000";when 8=>q1<="0000000";when 9=>q1<="0010000";when others=>q1<=NULL;end case;end if;end process;process(cntt3,cntt7)beginif(sw='0') thencase cntt3 iswhen 0=>q2<="1000000";when 1=>q2<="1111001";when 2=>q2<="0100100";when 3=>q2<="0110000";when 4=>q2<="0011001";when 5=>q2<="0010010";when 6=>q2<="0000010";when 7=>q2<="1011000";when 8=>q2<="0000000";when 9=>q2<="0010000";when others=>q2<=NULL;end case;elsecase cntt7 iswhen 0=>q2<="1000000";when 1=>q2<="1111001";when 2=>q2<="0100100";when 3=>q2<="0110000";when 4=>q2<="0011001";when 5=>q2<="0010010";when 6=>q2<="0000010";when 7=>q2<="1011000";when 8=>q2<="0000000";when 9=>q2<="0010000";when others=>q2<=NULL;end case;end if;end process;process(cntt4,cntt8)beginif(sw='0') thencase cntt4 iswhen 0=>q3<="1000000";when 1=>q3<="1111001";when 2=>q3<="0100100";when 3=>q3<="0110000";when 4=>q3<="0011001";when 5=>q3<="0010010";when others=>q3<=NULL;end case;elsecase cntt8 iswhen 0=>q3<="1000000";when 1=>q3<="1111001";when 2=>q3<="0100100";when 3=>q3<="0110000";when 4=>q3<="0011001";when 5=>q3<="0010010";when 6=>q3<="0000010";-- when 7=>q3<="1011000";-- when 8=>q3<="0000000";--when 9=>q3<="0010000";when others=>q3<=NULL;end case;end if;end process;end behave;2、原理图如下：3、功能仿真如下1、秒、毫秒计数仿真2、分、时计数仿真注释：由于仿真时间限制，小时不能显示。
多功能数字钟的FPGA实现设计报告 正文
1．设计任务及指标1.1设计任务能进行正常的时、分、秒计时功能，分别由6只数码管显示24小时、60分、60秒。
按下试验箱上的某个按键时，计时器迅速递增，并按24小时循环，计到23小时后再回到00。
按下试验箱上的某个按键时，计分器迅速递增，并按60分循环，计到59分后再回到00。
利用试验箱上的扬声器可以实现整，当计时到达59分50秒时开始报时，在59分50秒、52秒、54秒、56秒、58秒时鸣叫，鸣叫声频率为500HZ，整点报时频率可定义为1KHZ.1.2设计要求运用顶层设计思路设计好各个底层文件（VHDL代码），对各个底层文件进行功能仿真；采用原理图或者文本方法来实现顶层文件的设计，对顶层文件进行功能真仿真。
在顶层文件功能仿真正确之后，把顶层文件下载到实验箱的FPGA里边去，验证电路功能是否正确。
具体时间用6位数码管来显示，具有整点报时功能1.3 功能拓展实现数字钟的闹铃功能。
2．方案比较与选择方案一：系统直接采用1HZ脉冲作为作为时钟输入信号。
数码管采用静态显示。
时间调整采用具有预置功能的计数器。
报时为频率512Hz脉冲，并引入1024Hz脉冲进行整点报时。
方案二：系统采用1024HZ脉冲作为作为时钟输入信号。
数码管采用动态扫描显示。
时间调整采用一个数据选择器，以一个按键作为控制端。
当调整按键按下时，选择比较高的频率作为计数器计数信号作为输入信号，加快计数的速度，以此达到时间调整的效果。
图一方案二时钟流程方案比较：对于方案一，因为系统需要1024Hz和512Hz的脉冲驱动蜂鸣器，并且在快速调整时间是也需要比1Hz快的脉冲，故需要采用另外的脉冲输入，增加管脚资源开支和外部资源。
实现具有预置功能的计数器比较复杂，并且预置输入端需要多个端口。
数码管采用静态显示也会增加管脚的开销。
对于方案二，因为采用1024Hz的脉冲，能够通过分频得到多种频率的脉冲，因而可以实现单一脉冲信号输入即可完成快速调整时间和采用数码管动态扫描显示，节省管脚资源和外部资源。
FPGA实训报告——简易数字钟
桂林电子科技大学职业技术学院课题：FPGA实训专业：电子信息工程技术学号：姓名：目录关键词： (1)引言： (1)设计要求： (1)EDA技术介绍: (1)Verilog HDL简介： (1)方案实现： (2)工作原理： (2)总结： (3)结语： (3)程序设计： (4)数字钟关键词：EDA、Verilog HDL、数字钟引言：硬件描述语言HDL（Hardware Des-cription Language）是一种用形式化方法来描述数字电路和系统的语言。
目前，电子系统向集成化、大规模和高速等方向发展，以硬件描述语言和逻辑综合为基础的自顶向下的电路设计发放在业界得到迅猛发展，HDL在硬件设计领域的地位将与C和C++在软件设计领域的地位一样，在大规模数字系统的设计中它将逐步取代传统的逻辑状态表和逻辑电路图等硬件描述方法，而成为主要的硬件描述工具。
Verilog HDL是工业和学术界的硬件设计者所使用的两种主要的HDL之一，另外一种是VHDL。
现在它们都已经成为IEEE标准。
两者各有特点，但Verilog HDL拥有更悠久的历史、更广泛的设计群体，资源也远比VHDL丰富，且非常容易学习掌握。
此次以Verilog HDL语言为手段，设计了多功能数字钟，其代码具有良好的可读性和易理解性。
设计要求：数字钟模块、动态显示模块、调时模块、到点报时模块等；必须有键防抖动功能。
可自行设计8位共阴数码管显示；亦可用FPGA实验平台EDK-3SAISE上的4位数管，但必须有秒指导灯。
EDA技术介绍：20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。
在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。
这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。
电子综合设计多功能数字钟报告
电子综合设计多功能数字钟报告报告内容如下：一、设计目的和原理多功能数字钟是一种能够显示时间，并具有闹钟、计时、倒计时等功能的电子设备。
本设计的目的是通过FPGA实现一个多功能数字钟的功能，以实现时间的显示和闹钟的设置功能。
二、设计方案和实现1.硬件设计方案：本设计使用FPGA作为主控芯片，使用七段数码管作为显示器，通过与FPGA的IO口连接来实现时间的显示功能。
同时，使用按键作为输入进行功能的选择和设置。
2.硬件连接：将FPGA的IO口连接到七段数码管的控制端，通过IO口输出相应的数字信号来控制数码管的亮灭。
将按键连接到FPGA的IO口，通过IO口输入按键的信号。
此外，还需要连接一个晶振电路来提供时钟信号。
3.软件设计方案：本设计使用VHDL语言进行程序设计，通过状态机来实现多功能数字钟的功能。
具体实现包括时间的显示、闹钟的设置和启动、计时和倒计时功能的实现。
通过按键的输入来切换不同的状态，实现不同功能的切换和设置。
4.软件实现具体步骤：(1)定义状态机的状态，包括时间显示、闹钟设置、计时和倒计时等状态。
(2)在时间显示状态下，通过FPGA的IO口输出相应的数字信号来控制七段数码管的亮灭，实现时间的显示。
(3)在闹钟设置状态下，通过按键的输入来设置闹钟时间，并将设置好的时间保存在寄存器中。
(4)在计时和倒计时状态下，通过按键的输入来实现计时和倒计时功能，并通过七段数码管的显示来实时显示计时和倒计时的时间。
以下为本设计的完整程序代码：```vhdl--时钟频率--定义状态signal state : state_type;--定义时钟、按键和数码管信号signal clk : std_logic;signal key : std_logic_vector(1 downto 0);signal seg : std_logic_vector(6 downto 0);--闹钟时间寄存器signal alarm_hour_reg : std_logic_vector(5 downto 0);signal alarm_min_reg : std_logic_vector(5 downto 0);--计时和倒计时寄存器signal count_up_reg : std_logic_vector(23 downto 0); signal count_down_reg : std_logic_vector(23 downto 0); signal count_down_flag : std_logic := '0';beginclock : processbeginwhile true loopclk <= '0';wait for 10 ns;clk <= '1';wait for 10 ns;end loop;end process;key_scan : process(clk)beginif rising_edge(clk) thenkey <= key_scan_func; -- 按键扫描函数end if;end process;fsm : process(clk, key)beginif rising_edge(clk) thencase state isif key = "10" then -- 第一个按键按下state <= set_alarm;elsif key = "01" then -- 第二个按键按下state <= count_up;end if;when set_alarm =>seg <= set_alarm_func; -- 闹钟设置函数if key = "00" then -- 两个按键同时按下elsif key = "01" then -- 第一个按键按下state <= count_up;end if;when count_up =>seg <= count_up_func; -- 计时函数if key = "00" then -- 两个按键同时按下elsif key = "10" then -- 第二个按键按下state <= count_down;count_down_flag <= '1';end if;when count_down =>seg <= count_down_func; -- 倒计时函数if key = "00" then -- 两个按键同时按下count_down_flag <= '0';elsif key = "01" then -- 第一个按键按下state <= count_up;count_down_flag <= '0';end if;end case;end if;end process;--数码管信号和显示模块的连接display : entity work.seg_displayport mapclk => clk,seg => segend architecture;```四、总结与展望通过FPGA实现多功能数字钟的设计，在硬件和软件的配合下，实现了时间的显示和闹钟的设置功能。
《FPGA设计与应用》数字时钟实验
《FPGA设计与应用》数字时钟实验一、实验目的和要求
1．学习动态数码管的工作原理；
2．实现 FPGA 对四位动态数码管的控制；
3．熟悉模块化编程的操作流程。
二、实验内容
1．实现 FPGA 对四位动态数码管的控制，使其能够正常工作；2．基于eGo-1的数字钟设计与实现
三、实验要求
1、能够在实验板上实现数字时钟
四、操作方法与实验步骤
本实验的设计思路如下：
各模块实现方式：
分频
计数器
Hex2BCD
数码管动态显示
五、实验数据记录和处理实验代码如下：
设计文件：（部分）
仿真文件（部分）：
约束文件（部分）：
六、实验结果与分析
综合后生成的网表结构如下图所示：
仿真图像：
实物操作：
经过如上图代码的运行，实验要求的功能已基本实现，得出的实验结果与预期基本一致。
七、讨论和心得
这次实验用到了之前学习的动态数码管工作原理，将动态数码管与时钟相结合，对于每一位数码管来说，每隔一段时间点亮一次。
显示器的亮度通过导通电流，点亮时间和间隔时间的控制。
通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。
基于FPGA的数字电子钟的设计与实现
基于FPGA的数字电⼦钟的设计与实现背景：本实验所有结果基于Quartus II 13.1 (64-bit)实现，实验过程采⽤⾃下⽽上⽬录⼀、基本功能设计与思路基本功能：能实现秒、分钟、⼩时的计数，计数结果清晰稳定的显⽰在 6 位数码管上。
1、动态显⽰模块该模块主要功能是通过数码管的动态扫描实现 6 位数码管显⽰计数结果，本模块由扫描模块scan_cnt6，位选控制模块 dig_select，数据选择控制模块 seg_select 以及译码模块 decoder 构成扫描模块 scan_cnt6模块功能：产⽣ 位选控制端dig_select 和数据选择端 code_select 模块所需要的地址信息，扫描时钟决定位选信号和数据切换的速度。
设计思路：利⽤74390芯⽚（P160 TTL 双⼗进制异步计数器）构建⼀个模六计数器，就是6进制计数器，利⽤计数到6（110）时，“q2”和“q1”为⾼电平，产⽣ ⼀个复位信号，加到74390的⾼电平有效的异步清0端“1CLR”上，使计数器回0，从⽽实现模六计数。
设计结果：cnt6模块设计图波形仿真：（默认为时序仿真）cnt6模块波形仿真图位选模块 dig_select模块功能：在地址端的控制下，产⽣位选信号。
设计思路：利⽤74138芯⽚（3线-8线译码器），当选通端输⼊端G1为⾼电平，选通端输⼊端G2AN和G2BN为低电平时，将扫描信号cnt6的输出作为输⼊信号，dig[5..0]是译码输出，输出低电平有效。
设计结果：dig_select模块设计图波形仿真：dig_select模块波形仿真图数据选择模块 seg_select模块功能：输⼊ 6 组数据，每组数据 4bit，本模块完成在地址端的控制下从6 组数据当中选择 1 组输出。
设计思路：利⽤74151芯⽚（P91 8选1数据选择器），在控制输⼊端GN为低电平时，将扫描信号的选择下，分别选中D[5..0]对应的输⼊信号输出为Y。
fpga数字钟实训报告具有点报时按键调时功能
桂林电子科技大学职业技术学院FPGA应用实训报告数字钟学院（系）：电子信息工程系专业：电子信息工程技术学号：学生姓名：李建军指导教师：叶俊明目录摘要 (1)1 绪论 (1)2 课题背景 (2)2.1设计任务与要求 (2)2.2 设计目的 (3)2.3总体设计方案 (3)3 程序方案论证 (3)3.1分频方案论证 (3)3.1.1分频模块方案I (3)3.1.2分频模块方案II (3)3.2计时模块方案论证 (4)3.2.1计时模块方案I (4)3.2.2计时模块方案 II (5)3.3方案总结 (6)4 系统软件设计 (6)4.1程序流程图 (6)4.2计时模块 (6)4.3闹钟模块 (6)4.4显示模块 (7)5系统硬件设计 (8)5.1 FPGA的介绍 (8)5.1.1 FPGA概述 (8)5.1.2 FPGA基本结构? (8)5.2原理框图 (10)6调试 (11)6.1调时程序调试 (11)6.2闹钟程序调试 (11)总结 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附录 (15)摘要数字钟是由振荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。
振荡电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。
分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。
计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，24小时为1天的制，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为 60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时，一天的进位信号。
译码显示：将“时”“分”“秒”显示出来。
将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对应的进位数字字型。
由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。
另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点时开始响，蜂鸣器不停地响1分钟后不响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
用fpga简易数字钟电路设计实验报告概述及解释说明1. 引言1.1 概述本实验报告旨在介绍使用FPGA（可编程门阵列）设计的简易数字钟电路。
数字钟是一种可以显示时间的时钟装置，广泛应用于日常生活和工业领域。
本文将详细讲解数字钟的设计原理、硬件要求、设计步骤以及实验的实现过程。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、FPGA简易数字钟电路设计、实验实现过程、实验结果分析和结论与总结。
下面将对每个部分进行具体说明。
1.3 目的该实验旨在通过学习和操作FPGA，深入理解数字电路设计的基本原理和方法，并通过设计一个简易的数字钟电路来巩固所学知识。
通过本实验，我们还将探索数字钟电路的性能评估和可能的改进方向，并对未来发展方向进行展望。
同时，通过参与这个项目，我们也将获得一定的实践经验和技能提升。
2. FPGA简易数字钟电路设计：2.1 设计原理：在本次实验中，我们使用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）来设计一个简易的数字钟电路。
FPGA是一种集成电路芯片，可依据用户需要重新配置其内部互连，从而实现不同的逻辑功能。
我们将利用FPGA的可编程性和强大的计算能力来实现数字钟的功能。
该数字钟电路主要由时钟模块、倒计时模块和显示模块组成。
时钟模块负责产生稳定而精确的脉冲信号作为系统的时基；倒计时模块通过对输入时间进行倒计时操作，并发出相应信号提示时间变化；显示模块用于将倒计时结果以数码管显示出来。
2.2 硬件要求：为了完成该设计，我们需要准备以下硬件设备：- FPGA开发板：提供了外部接口和资源，用于连接其他硬件设备并加载程序。
- 数码管：用于显示时间信息。
- 时钟源：提供稳定而精确的脉冲信号作为系统的时基。
2.3 设计步骤：以下是设计步骤的详细说明：1. 确定所需功能：首先明确数字钟需要具备哪些功能，例如12小时制还是24小时制、倒计时功能等。
2. 确定FPGA型号：根据设计需求和资源限制，选择适合的FPGA型号。
不同型号的FPGA拥有不同的逻辑单元数量和存储资源，需要根据实际需求进行选择。
3. 设计电路原理图：根据数字钟电路的功能需求和硬件资源情况，设计出相应的逻辑电路原理图。
在设计过程中，可以使用常见的可编程逻辑语言（如VHDL 或Verilog）描述电路结构和功能。
4. 实现电路布局：使用FPGA开发板上提供的软件工具，在一个虚拟平面上实现所设计的电路布局。
这一步骤涉及到将所绘制的电路原理图映射到FPGA芯片上，并进行连接设置。
5. 编写程序代码：根据所选用的可编程逻辑语言（如VHDL或Verilog），编写相应的程序代码来实现数字钟所需功能。
这些代码需要描述各个模块之间的交互与通信方式，并进行时序控制。
6. 下载程序到FPGA芯片：使用开发板提供的下载工具，将编写好的程序代码下载到FPGA芯片中，从而在物理层面上实现数字钟电路。
7. 进行测试与调试：通过对连接正确性、时钟稳定性以及功能实现的测试，评估数字钟电路的性能与稳定性。
如果出现问题，需要进行调试和修改。
这样，在完成上述设计步骤后，我们将获得一个基于FPGA的简易数字钟电路。
3. 实验实现过程:3.1 材料与设备准备:在进行FPGA简易数字钟电路设计的实验前，我们需要准备以下材料和设备：- Xilinx FPGA开发板- 时钟模块- 数码管显示模块- 开发工具软件（如Xilinx ISE）- 连接线和电缆3.2 电路连接与搭建:在进行实验之前，我们按照以下步骤完成电路的连接与搭建：1. 将Xilinx FPGA开发板与计算机通过USB接口连接，并确保设备驱动程序已正确安装。
2. 将时钟模块连接到FPGA开发板上的时钟输入引脚。
根据具体型号和设计要求，注意参考相应的时钟模块连接方式。
3. 将数码管显示模块连接到FPGA开发板上的输出引脚。
确保引脚连接正确，并注意匹配正确的数码管类型。
4. 配置适当的电源供应给FPGA开发板。
3.3 程序编写与加载:完成电路的搭建后，我们需要进行程序编写和加载以实现数字钟功能：1. 打开Xilinx ISE软件，并创建一个新项目。
2. 在项目中添加所需的VHDL或Verilog文件，包括时钟模块、数码管控制器等。
3. 编写主控制程序，实现数字钟功能的逻辑实现。
确保程序中包含了正确的时钟信号生成和显示控制的逻辑。
4. 进行综合、布局和路由等操作，以生成最终的bitstream文件。
5. 将生成的bitstream文件加载到已连接的FPGA开发板上。
在完成加载后，即可对FPGA简易数字钟电路进行测试和观察结果。
根据设计要求，可以通过按键或其他输入方式来调整时钟，并观察数码管显示相应的时间信息。
请注意，在进行实验过程中需要遵循安全操作规范，确保设备正确连接且电路符合设计要求。
同时，在编写程序时需仔细检查代码以避免错误及故障发生。
4. 实验结果分析:4.1 功能验证与测试数据记录:在进行实验时，我们首先对设计的FPGA简易数字钟电路进行了功能验证，并记录了相关的测试数据。
通过实验结果的分析，我们发现该电路能够准确地显示时间，并且具备闹钟设置、日期显示和定时器等功能。
我们针对不同功能进行了多次测试，并记录下每次的测试数据以进行后续的性能评估和比较分析。
具体来说，我们首先验证了数字钟显示功能，通过调整设置时间和日期等参数，观察数字钟是否能够正确显示当前时间和日期信息。
同时，我们还测试了数字闹钟功能，设置了特定时间，在闹钟响起后观察是否准时提醒，并检查是否能够正常关闭闹钟。
此外，我们还测试了内置定时器功能，在设定的时间间隔内观察定时器是否能够准确计时并触发相应事件。
4.2 性能评估与比较分析:针对FPGA简易数字钟电路的性能评估与比较分析，我们主要从以下几个方面进行考察：首先是精度方面的评估。
通过与标准时间源进行比对，在设定好初始时间和日期后，观察数字钟显示是否保持高精度，并记录误差范围。
同时，我们还测试了闹钟和定时器的精度，并与实际时间进行比较，以评估其稳定性和准确性。
其次是功能完整性评估。
我们对数字钟电路的各个功能模块进行了综合测试，确保每个功能都能够正常工作且协调配合。
在此基础上，我们进一步验证了各个功能模块之间的交互是否顺畅、无冲突，并记录下相关数据以便后续分析。
此外，我们还对数字钟电路的响应速度进行了评估。
通过设定不同的参数和触发事件，观察数字钟在切换时间、日期或者响应闹钟等操作时的反应速度，并对比不同场景下的表现。
4.3 可改进之处和展望:通过实验结果的分析，我们总结出一些可改进之处和未来展望。
在实验中，虽然我们设计并制作成功了FPGA简易数字钟电路，并完成了各项功能测试，但仍存在以下改进方向：首先是优化显示界面。
目前的数字钟显示界面虽然可以准确显示时间和日期信息，但可以考虑增加更多视觉效果和样式选择功能以提升用户体验。
其次是扩展功能模块。
除了基本的显示、闹钟和定时器功能外，可以进一步增加其他实用的功能模块，如温度显示、倒计时等，以满足不同用户需求。
另外是改善响应速度。
虽然目前的数字钟电路在大多数情况下反应速度较快，但可以考虑通过优化设计和算法来提升响应速度，尤其是在复杂运算或多任务处理时。
最后是降低功耗和成本。
针对使用FPGA设计的数字钟电路，在保持功能的基础上，可以进一步优化功耗以延长电池寿命，并探索更经济、便携的设计方案。
综上所述，在实验结果的基础上，我们认为FPGA简易数字钟电路具备了可靠的时间显示和相关功能，并具有一定的扩展潜力。
通过不断改进与优化，该电路有望进一步适应不同场景和需求，并提供更出色的性能和用户体验。
5. 结论和总结5.1 主要成果总结在本次实验中，我们成功设计出了一套基于FPGA的简易数字钟电路。
通过实验验证，该电路能够准确显示当前的小时、分钟和秒数，并拥有闹钟功能。
我们采用了先进的FPGA技术，使得电路具有较高的稳定性和可靠性。
5.2 实验的启示和收获本次实验不仅让我们深入了解了数字钟的工作原理和相关电路设计知识，还锻炼了我们团队合作和问题解决能力。
通过编写程序、搭建电路以及进行功能测试，在实践中我们积累了大量宝贵的经验。
同时，本次实验还使我们更加熟悉了FPGA技术的应用与开发过程。
FPGA作为一种可编程逻辑器件，在数字钟电路设计中具备灵活性高、可扩展性强等优势，为今后类似项目提供了广阔的发展空间。
5.3 对未来发展方向的展望尽管本次实验已经取得了较好的结果，但仍存在一些可以改进和完善之处。
在未来的研究和开发中，我们计划进一步优化电路结构、提高显示效果，并探索更多有趣的功能增加到数字钟中。
此外，我们还希望将FPGA技术应用于更广泛的领域，例如智能家居、工业自动化等。
通过进一步深入研究和实践，我们相信FPGA在这些领域中将展现出巨大的潜力和市场前景。
总之，本次实验不仅为我们提供了宝贵的学习机会，而且为今后的研究和开发奠定了坚实的基础。
我们对于FPGA技术在数字钟电路设计及其他相关领域的应用充满信心，并期待着未来能够做出更多有意义和有影响力的成果。