基于FPGA的多功能数字时钟设计综述
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。
基于FPGA多功能数字钟的设计
• 181•人类社会步入高速发展的电子时代，电子产品逐渐代替机械产品走入我们的生活。
随着科技的进步人们对电子产品的要求越来越高、传统产品已经不能满足人们的需求。
体积小、多功能、节能、环保开始成为了电子产品发展的新目标。
本文基于VHDL 语言，利用Quartus Ⅱ设计了一款多功能数字钟，内部包含秒表、闹钟、定时器、时钟四个模块。
经过实验仿真表明多功能数字钟能很好地满足生活中的各种需要。
本产品设计主要使用VHDL 语言描述了各个模块的功能来实现主要电路，最后在Quartus II 上完成了调试与仿真。
VHDL 语言实现电子设计，是一个以软件设计为主，器件配置相结合的过程，能从多个层次对数字系统进行设计，设计数字电路更为灵活方便，设计周期也可大大减小，提高了设计效率和可靠性。
我们需要的功能，在通过使用预先设计好的别的开关进一步让数字钟工作。
通过LED 显示屏可以看到数字。
本文通过软件Quartus II 9.0设计出各个模块并往开发板内写入程序实现我们想要的功能。
3 软件部分3.1 时钟部分时钟设计有三个要求第一，具有时、分、秒计数显示的功能，并以24h 循环计时。
第二，走时误差小于等于每天10s 。
第三，具有调节分钟、小时、秒以及清零的功能。
通常情况不需要让时钟停止工作，所以这部分模块就相当于实现了计数功能，对一直不断给入的1HZ 脉冲进行计数。
秒、分、时分了三个模块进行连接。
qw 是个基于FPGA多功能数字钟的设计大连理工大学城市学院 方润生 邓佳宁 于海霞图1 系统整体过渡模块，也是校正时间所用的模块。
校正时有两个开关，一个校正分、一个校正时。
如图2所示，qw 模块主要是为了实现调时功能。
实际工程中做了元件例化。
元件例化的主要作用是在大型项目的设计中许多底层文件需要反复使用，我们写好底层文件之后通过component 语句可以直接对底层文件进行调用方便了项目的设计。
3.2 闹钟闹钟在到达设置的时间时会发出持续一分钟的信号，可提前手动关闭。
基于FPGA的多功能数字钟设计报告
***大学电工电子实验报告EDA技术基础设计报告多功能数字钟设计电子信息科学与技术年 月 日多功能数字钟设计一．任务解析用Verilog硬件描述语言设计数字钟，实现：1、具有时、分、秒计数显示功能，以二十四小时循环计时。
2、具有调节小时，分钟的功能。
3、具有整点报时同时LED灯花样显示的功能。
4、【发挥】三键（模式选择，加，减）调整，数码管闪烁指示功能。
5、【发挥】增加闹钟任意设定功能，时间精确到分。
二．方案论证第2页，共19页三．重难点解析1、模式选择键的设计//模式选择键。
有5个模式，m0为正常走钟；m1为调分；m2为调时；m3为闹钟调分；m4为闹钟调时。
module mode_key(key,clr,m);input key,clr;output [2:0]m;reg [2:0]m;always @(posedge key or negedge clr) beginif(!clr) m=0;else if(m==4) m=0;else m=m+1;endendmodule2、数字钟秒钟计数设计module cnt60_sec(clk,clr,q,c);input clk,clr;output [6:0]q;output c;reg [6:0]q;reg c;always @(posedge clk or negedge clr) beginif(!clr) begin q=0;c=0;endelse if(q[3:0]==9) begin q[3:0]=0;if(q[6:4]==5) begin q[6:4]=0; c=1;endelse q[6:4]=q[6:4]+1;end第3页，共19页else begin q[3:0]=q[3:0]+1;q[6:4]=q[6:4];c=0;endendendmodule、秒钟计数模块就是一个60的计数器，计数到59的时候清零，进位加1。
调时不需要控制秒钟，所以没有加模式选择按键。
基于FPGA的多功能数字钟课程设计
F PG A课程设计报告（实现多功能数字钟）一、标题:设计多功能数字钟控制电路二、任务书:用MAX+PLU SⅡ软件及Verilog HDL语言设计一个多功能的数字钟，包括有时、分、秒的计时，以及校时（对小时、分钟和秒能手动调整以校准时间）、正点报时（每逢整点，产生“嘀嘀嘀嘀-嘟”，4短一长的报时音）等附加功能。
三、关键词：24进制、60进制、正点报时、校时、数字钟四、总体方案：多功能数字钟控制电路框图是由三部分组成的，即秒分时控制电路、整点报时控制电路、时段控制电路。
用Verilog HDL硬件描述语言完成编译和仿真。
五、原理框图如下：↓↓↓六、Verilog HDL硬件描述语言编写的功能模块:/*秒计数器m60*/module m60(M,CP60M,CPM,RD); output [7:0]M;output CP60M;input CPM;input RD;reg [7:0]M;wire CP60M;always@(negedge RD or posedge CPM) beginif(!RD)begin M[7:0]<=0;endelsebeginif((M[7:4]==5)&&(M[3:0]==9))beginM[7:0]<=0;endelsebeginif(M[3:0]==9)beginM[3:0]<=0;if(M[7:4]==5)begin M[7:4]<=0;endelse M[7:4]<=M[7:4]+1;endelse M[3:0]<=M[3:0]+1;endendendassign CP60M=~(M[6]&M[4]&M[3]&M[0]); endmodule/*分计数器m60*/module m60(M,CP60M,CPM,RD);output [7:0]M;output CP60M;input CPM;input RD;reg [7:0]M;wire CP60M;always@(negedge RD or posedge CPM) beginif(!RD)begin M[7:0]<=0;endelsebeginif((M[7:4]==5)&&(M[3:0]==9))beginM[7:0]<=0;endelsebeginif(M[3:0]==9)beginM[3:0]<=0;if(M[7:4]==5)begin M[7:4]<=0;endelse M[7:4]<=M[7:4]+1;endelse M[3:0]<=M[3:0]+1;endendendassign CP60M=~(M[6]&M[4]&M[3]&M[0]); endmodule/*小时计数器m24*/module m24(H,CPH,RD);output [7:0]H;input CPH,RD;reg [7:0]H;always@(negedge RD or posedge CPH) beginif(!RD) H[7:0]<=0;elsebeginif((H[7:4]==2)&&(H[3:0]==3))beginH[7:0]<=0;endelsebeginif(H[3:0]==9)begin H[3:0]<=0;H[7:4]<=H[7:4]+1;endelse H[3:0]<=H[3:0]+1;endendendendmodule/*秒分时控制计数器xiaoshi2*/module xiaoshi2(CPM,CPH,CPS,CP60M,CP60S,SWM,SWH);output CPM,CPH;input SWM,SWH;input CPS,CP60S,CP60M;reg CPM,CPH;always@(SWM or SWH or CPS or CP60S or CP60M)begincase({SWM,SWH})2'b01: begin CPM<=CPS;CPH<=CP60M;end2'b10: begin CPM<=CP60S;CPH<=CPS;enddefault: begin CPM<=CP60S;CPH<=CP60M;end endcaseendendmodule/*时段控制器sdkz*/module sdkz(h,sk);input [7:0]h;output sk;reg sk;always@(h)beginif((h<=5)||(h>=19))sk<=1;elsesk<=0;endendmodule/*报时计数器baoshi*/module baoshi(m6,m4,m3,m0,s6,s4,s3,s0,dy,gy,bshi); input m6,m4,m3,m0,s6,s4,s3,s0,dy,gy;output bshi;wire bm;reg bshi;assign bm=m6&m4&m3&m3&m0&s6&s4&s0; always@(bm or s3 or dy or gy)beginif(bm&s3)bshi<=gy;else if(bm)bshi<=dy;elsebshi<=0;endendmodule七：各模块原理图及仿真波形：24进制原理图：60进制原理图：电路原理图:时段控制：报时：1、秒计数器仿真波形2、分计数器的仿真波形3、小时计数器的仿真波形4、秒分时控制电路的仿真波形5、时段控制的仿真波形6、报时器的仿真波形八、顶层文件及仿真波形顶层文件的仿真波形：管脚号的分配如下：十：课程设计结论：此次课程设计通过最终下载及编译可实现以上功能，在七段显示器上可实现秒、分计数器60进制，时计数器24进制显示，以及调节CLK1、CLK2的频率可使计数器上数字延时显示。
毕业设计论文：基于FPGA的数字时钟设计
第五章对全文的总结，对本系统功能实现以及制作过程中需要注意的方面，及整个系统软件编写中所吸取的经验教训进行论述，同时，也对整个研究应用进行展望。
第二章
2.1
运行环境设计采用quartus II软件实现，因此针对软件需要用到的一些功能在这里进行描述.
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用使计时产品的走时日差从分级缩小到1600万秒从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式直观明了并增加了全自动日期星期的显示功能它更符合消费者的生活需求
基于FPGA的数字时钟设计
第一章
1.1.
在这个时间就是金钱的年代里，数字电子钟已成为人们生活中的必需品。目前应用的数字钟不仅可以实现对年、月、日、时、分、秒的数字显示，还能实现对电子钟所在地点的温度显示和智能闹钟功能，广泛应用于车站、医院、机场、码头、厕所等公共场所的时间显示。
在行为级描述中，Verilog HDL不仅能够在RTL级上进行设计描述，而且能够在体系结构级描述及其算法级行为上进行设计描述。
能够使用门和模块实例化语句在结构级进行结构描述。
如图显示了Verilog HDL的混合方式建模能力，即在一个设计中每个模块均可以在不同设计层次上建模。
Verilog HDL还具有内置逻辑函数，例如&（按位与）和|（按位或）。
设计能够在多个层次上加以描述，从开关级、门级、寄存器传送级（RTL）到算法级，包括进程和队列级。
能够使用内置开关级原语在开关级对设计完整建模。
同一语言可用于生成模拟激励和指定测试的验证约束条件，例如输入值的指定。
Verilog HDL能够监控模拟验证的执行，即模拟验证执行过程中设计的值能够被监控和显示。这些值也能够用于与期望值比较，在不匹配的情况下，打印报告消息。
基于FPGA多功能数字钟的设计
3、状态转换功能模块
该模块实现电路各状态之间的转换功能，若仅完成基本功能，系统 应包含4个状态，分别为正常计时、对秒位进行设置、对分位进行设置 和对小时位进行设置。若完成扩展功能，还可增加其他状态。这部分可 以用脉冲键输入进行切换，也可以用拨动开关进行切换。根据所选择的 切换方式，自行编写程序。
4、校时功能模块
此模块主要在状态切换到设置时，可以将时、分、秒位设置成需要的 数值，此功能可以由脉冲键输入完成。
5、译码功能模块
此模块功能将计数器产生的数值，通过编译，形成对应七段数码 管显示格式的编码。七段数码管的a-g对应实验箱上的主要引脚为 O50-O56。
6、LED显示模块
本模块使用实验箱上的8个数码管进行显示，为动态显示法，需采用 扫描的方式进行显示。此方法对于扫描频率有一定的要求，在设计时需 考虑采用那个频率作为扫描信号。8个数码管的扫描信号对应实验箱上的 引脚为SO58-SO65。
四、系统仿真
将每个模块编译成功后，进行仿真测试，若仿真结果符合设计 要求，再配置输入输出引脚，若不符合，请返回修改程序，直至仿 真结果合格。将仿真结果截图，记录至设计报告中。
精品课件！
精品课件！
五、硬件验证
将编译通过、仿真结果正确且引脚信息配置正确的程序下载至 实验箱的FPGA中，硬件验证设计是否符合要求。
2、计时功能模块
计时模块需对时、分、秒进行计数，其中小时位为24进制，分 钟和秒钟位为60进制。可以用一段程序对时、分、秒进行连续计数， 也可以对时、分、秒的高位和低位分别计数。注意，如果采用连续 计数方式，因为每位显示时有高位和低位之分，所以需将十进制数 据用BCD码进行转换后，才能输出到七段数码管上显示。
此电子钟分两种工作状态： 1、正常计时的状态； 2、设置时间的状态。
基于XilinxFPGA的数字钟设计
基于FPGA的多功能数字钟一、设计题目基于Xilinx FPGA的多功能数字钟设计二、设计目的1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程；2.熟悉一种EDA软件使用；3.掌握Verilog设计方法；4.掌握分模块分层次的设计方法；5.用Verilog完成一个多功能数字钟设计;6.学会FPGA的仿真。
三、设计内容设计实验项目九多功能电子钟✧功能要求：利用实验板设计实现一个能显示时分秒的多功能电子钟，具体要求为：基本功能：1)准确计时，以数字形式显示时、分、秒，可通过按键选择指示当前显示时间范围模式；2)计时时间范围 00:00:00－23:59:593)可实现校正时间功能；4)可通过实现时钟复位功能：00:00:00扩展功能：1)定时报：时间自定(不要求改变)，闹1分钟(1kHz)---利用实验板LED或外接电路实现。
2)仿广播电台正点报时：XX:59:[51,53,55,57(500Hz);59(1kHz)] ---利用实验板LED或外接电路实现。
3)报整点时数：XX:00:[00.5-XX.5](1kHz)，自动、手动---利用实验板LED或外接电路实现。
4)手动输入校时；5)手动输入定时闹钟；6)万年历；7)其他扩展功能；✧设计步骤与要求：1)计算并说明采用Basys2实验板时钟50MHz实现系统功能的基本原理。
2)在Xilinx ISE13.1 软件中，利用层次化方法，设计实现模一百计数及显示的电路系统，设计模块间的连接调用关系，编写并输入所设计的源程序文件。
3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快得出仿真结果）。
4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit类型文件。
5)在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。
四、总体设计思路主体分为分频模块，正常时间模块（包含两个模60计数器和一个模24计数器子模块），闹钟模块（分为一个模60计数器模块，一个模24计数器模块，四个比较器模块），电台报时模块，数码管显示模块（分为模式选择模块，片选信号及扫描程序模块，和译码模块）。
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。
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流程说明：
1.工程师按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。
2.输入VHDL代码，这是设计中最为普遍的输入方式。此外，还可以采用图形输入方式（框图、状态图等），这种输入方式具有直观、容易理解的优点。
3.将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。
4.进行代码级的功能仿真，主要是检验系统功能设计的正确性。这一步骤适用于大型设计，因为对于大型设计来说，在综合前对源代码仿真，就可以大大减少设计重复的次数和时间。一般情况下，这一仿真步骤可略去。
第二章
2.1
FPGA是现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的简称，与之相应的CPLD是复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或CPLD/FPGA。CPLD/FPGA几乎能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路。它如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入或硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真可以事先验证设计的正确性，在PCB完成以后，利用CPLD/FPGA的在线修改功能，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用CPLA/FPGA开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。这些优点使得CPLA/FPGA技术在20世纪90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言HDL的进步[1]。
5.利用综合器对VHDL源代码进行综合优化处理，生成门级描述的网络表文件，这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对ASIC芯片供应商的某一产品系列进行的，所以综合的过程要在相应的厂家综合库的支持下才能完成。
6.利用产生的网络表文件进行适配前的时序仿真，仿真过程不涉及具体器件的硬件特性，是较为粗略的。一般的设计，也可略去这一步骤。
1.HDL语言方式。HDL既可以描述底层设计，也可以描述顶层的设计，但它不容易做到较高的工作速度和芯片利用率。用这种方式描述的项目最后所能达到的性能与设计人员的水平、经验以及综合软件有很大的关系。
2.图形方式。可以分为电路原理图描述，状态机描述和波形描述3种形式。有的软件3种输入方法都支持，如Active-HDL。MAX+plusII图形输入方式只支持电路原理图描述和波形描述两种。电路原理图方式描述比较直观和高效，对综合软件的要求不高。一般大都使用成熟的IP核和中小规模集成电路所搭成的现成电路，整体放到一片可编程逻辑器件的内部去，所以硬件工作速度和芯片利用率很高，但是项目很大的时候，该方法就显得有些繁琐；状态机描述主要用来设计基于状态机思想的时序电路。在图形的方式下定义好各个工作状态，然后在各个状态上输入转换条件以及相应的输入输出，最后生成HDL语言描述，送去综合软件综合到可编程逻辑器件的内部。由于状态机到HDL语言有一种标准的对应描述方式，所以这种输入方式最后所能达到的工作速度和芯片利用率主要取决于综合软件；波形描述方式是基于真值表的一种图形输入方式，直接描述输入与输出的波形关系。这种输入方式最后所能达到的工作速度和芯片利用率也是主要取决于综合软件[1]。
最后将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片CPLD/FPGA中。
2.4
硬件设计需要根据各种性能指标、成本、开发周期等因素，确定最佳的实现方案，画出系统框为两大块：编程语言和编程工具。编程语言主要有VHDL和Verilog两种硬件描述语言；编程工具主要是两大厂家Altera和Xilinx的集成综合EDA软件（如MAX+plusII、QuartusII、Foundation、ISE）以及第三方工具（如FPGA Express、Modelsim、Synposys SVS等）。具体的设计输入方式有以下几种：
另外，数字钟的应用极为广泛，多功能数字钟的出现也成为必须，除了基本的计数功能，很多数字钟还具有闹铃、整点报时、年月日提醒、跑表等功能。有效的将这些功能协调工作是对系统的一个很重要的要求。更为至关重要的是人机交互接口便于用户操作。
1.4
由于功能较多，人机交互接口的简易化非常重要，各项功能代表不同的状态，在不同状态切换时的操作也务必简单化。另外，在闹铃、时间设置时各模块之间会有不同的响应行为，它们之间的协调工作也至关重要，这些都将成为设计中的难点。课题的重点除了正常计数外便是闹铃或时间调整了，这是设计最基本的要求也是最主要的要求，其他功能基本是围绕这两个功能服务的。
摘
本设计为一个多功能数字时钟，可以进行时、分、秒24小时循环计时与显示，并能通过按键实现时间修改、整点报时、闹铃提醒功能。
设计采用EDA技术，以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段进行设计，在ise工具软件环境下，采用自顶向下的设计方法，由各个基本模块共同构建了一个基于FPGA的数字钟。
系统主要有由分频模块、计时模块、控制调整模块、扫描显示模块、报时模块等组成。用较少按键实现了各项预期功能，能方便完成各个状态之间的转换。
7.利用适配器将综合后的网络表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。
8.在适配完成后，产生多项设计结果：（a）适配报告，包括芯片内部资源利用情况，设计的布尔方程描述情况等；（b）适配后的仿真模型；（c）器件编程文件。根据适配后的仿真模型，可以进行适配后时序仿真，因为已经得到器件的实际硬件特性（如时延特性），所以仿真结果能比较精确的预期未来芯片的实际性能。如果仿真结果达不到设计要求，就修改VHDL源代码或选择不同速度和品质的器件，直至满足设计要求。
关键词：数字钟，VHDL，FPGA，闹铃
Abstract
The design for a multi-functional digital clock, withhours, minutes and seconds count display to a 24-hour cycle count; have proof functions and the whole point timekeeping function.
随着数字集成技术与电子设计自动化技术的迅速发展，数字技术已经应用到科研、生产、与人们日常生活的各个领域。数字系统设计的理论与方法也在相应的变化与发展。
1.2
现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的现在，随着生活节奏的加快，时间对人们来说越来越宝贵，人们对各种应用器材的要求也越来越高，而数字时钟作为日常生活中特别在准确计数方面的应用很广泛，所以精确且方便使用的数字时钟就被越来越多的人所选择。以往的模拟时钟与机械时钟过于复杂且精度上有很大的瓶颈，数字时钟简单而精确，较好的满足各种需求，能够充分发挥VHDL语言与可编程器件灵活、高效、集成度高的特点，所以已成为各种应用中的首选，多功能数字时钟的设计与实现具有重要的实际意义[2]。
2.2
FPGA具有掩膜可编程门阵列的通用结构，它由逻辑功能块排成阵列，并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块来实现不同的设计。
FPGA一般由3种可编程电路和一个用于存放编程数据的静态存储器SRAM组成。这3种可编程电路是：可编程逻辑模块（CLB--Configurable Logic Block）、输入/输出模块（IOB--I/O Block）和互连资源（IR—Interconnect Resource）。可编程逻辑模块CLB是实现逻辑功能的基本单元，它们通常规则的排列成一个阵列，散布于整个芯片；可编程输入/输出模块（IOB）主要完成芯片上的逻辑与外部封装脚的接口，它通常排列在芯片的四周；可编程互连资源包括各种长度的连接线段和一些可编程连接开关，它们将各个CLB之间或CLB、IOB之间以及IOB之间连接起来，构成特定功能的电路。
1.CLB是FPGA的主要组成部分。图2-1是CLB基本结构框图，它主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。CLB中3个逻辑函数发生器分别是G、F和H，相应的输出是G’、F’和H’。G有4个输入变量G1、G2、G3和G4；F也有4个输入变量F1、F2、F3和F4。这两个函数发生器是完全独立的，均可以实现4输入变量的任意组合逻辑函数。逻辑函数发生器H有3个输入信号；前两个是函数发生器的输出G’和F’，而另一个输入信号是来自信号变换电路的输出H1。这个函数发生器能实现3输入变量的各种组合函数。这3个函数发生器结合起来，可实现多达9变量的逻辑函数。
The use of EDA design technology, hardware-description language VHDL description logic means for the system design documents, inisetools environment, a top-down design, by the various modules together build a FPGA-based digital clock.
CLB中有许多不同规格的数据选择器，通过对CLB内部数据选择器的编程，逻辑函数发生器G、F和H的输出可以连接到CLB输出端X或Y，并用来选择触发器的激励输入信号、时钟有效边沿、时钟使能信号以及输出信号。这些数据选择器的地址控制信号均由编程信息提供，从而实现所需的电路结构。
图2-1 CLB基本结构
2.输入/输出模块IOB。IOB提供了器件引脚和内部逻辑阵列之间的连接。它主要由输入触发器、输入缓冲器和输出触发/锁存器、输出缓冲器组成。
1.3
近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。目前虽然各种时钟层出不穷，但这些时钟不是过于复杂就是精度很低，在这方面有很大的发展潜力，数字时钟可以有效弥补这些缺陷，但仍然需要很好的设计思想。一方面对计时用的标准时钟信号有极强的精度要求，即需要一个很精确的晶振来完成；另一方面，在时间设置、闹铃提醒时，能够与预定的载入时间、响铃时刻完全相符则是对数字电路时序上的一个很大的要求，这就需要对电路结构进行有效的调整，通过提前执行功能等方法将延时弥补[1]。