基于VHDL的多功能数字钟设计报告

基于VHDL的多功能数字钟

设计报告

021215班

卫时章

02121451

一、设计要求

1、具有以二十四小时制计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。

2、设计精度要求为1秒。

二、设计环境：Quartus II

三、系统功能描述

1、系统输入：时钟信号clk采用50MHz；系统状态及较时、定时转换的控制信号为k、set，校时复位信号为reset，均由按键信号产生。

2、系统输出：LED显示输出；蜂鸣器声音信号输出。

3、多功能数字电子钟系统功能的具体描述如下：

（一）计时：正常工作状态下，每日按24h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。

（二）校时：在计时显示状态下，按下“k”键，进入“小时”待校准状态，若此时按下“set”键，小时开始校准；之后按下“k”键则进入“分”待校准状态；继续按下“k”键则进入“秒”待复零状态；再次按下“k”键数码管显示闹钟时间，并进入闹钟“小时”待校准状态；再次按下“k”键则进入闹钟“分”待校准状态；若再按下“k”键恢复到正常计时显示状态。若校时过程中按下“reset”键，则系统恢复到正常计数状态。

（1）“小时”校准状态：在“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。

（2）“分”校准状态：在“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。

（3）“秒”校准状态：在“秒复零”状态下，显示“秒”的数码管以2Hz闪烁，并以1Hz的频率递增计数。

（4）闹钟“小时”校准状态：在闹钟“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。

（5）闹钟“分”校准状态：在闹钟“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。

（三）整点报时：蜂鸣器在“59”分钟的第“51”、“53”、“55”、“57”秒发频率为500Hz的低音，在“59”分钟的第“59”秒发频率为1000Hz的高音，结束时为整点。

（四）显示：采用扫描显示方式驱动4个LED数码管显示小时、分，秒由两组led灯以4位BCD 码显示。

（五）闹钟：闹钟定时时间到，蜂鸣器发出频率为1000Hz的高音，持续时间为60秒。

四、各个模块分析说明

1、分频器模块(freq.vhd)

（1）模块说明：输入一个频率为50MHz的CLK，利用计数器分出

1KHz的q1KHz，500Hz的q500Hz，2Hz的q2Hz和1Hz的q1Hz。

（2）源程序：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity freq is

port (CLK: in std_logic ; --输入时钟信号

q1KHz: buffer std_logic;

q500Hz: buffer std_logic;

q2Hz: buffer std_logic;

q1Hz: out std_logic);

end freq;

architecture bhv of freq is

begin

P1KHZ:process(CLK)

variable cout:integer:=0;

begin

if CLK'event and CLK='1' then

cout:=cout+1; --每来个时钟上升沿时cout开始计数

if cout<=25000 then q1KHz<='0'; --当cout<=25000时，q1KHz输出“0” elsif cout<50000 then q1KHz<='1'; --当25000

else cout:=0; --输出“1”，完成1KHz频率输出

end if;

end if;

end process;

P500HZ:process(q1KHz) --q1KHz作为输入信号，分出q500Hz variable cout:integer:=0;

begin

if q1KHz'event and q1KHz='1' then

cout:=cout+1;

if cout=1 then q500Hz<='0'; --二分频

elsif cout=2 then cout:=0;q500Hz<='1';

end if;

end if;

end process;

P2HZ:process(q500Hz)

variable cout:integer:=0;

begin

if q500Hz'event and q500Hz='1' then

cout:=cout+1;

if cout<=125 then q2Hz<='0';

elsif cout<250 then q2Hz<='1';

else cout:=0;

end if;

end if;

end process;

P1HZ:process(q2Hz)

variable cout:integer:=0;

begin

if q2Hz'event and q2Hz='1' then

cout:=cout+1;

if cout=1 then q1Hz<='0';

elsif cout=2 then cout:=0;q1Hz<='1';

end if;

end if;

end process;

end bhv;

（3）模块图:

2、控制器模块(contral.vhd)

（1）模块说明：输入端口k，set键来控制6个状态，这六个状态分别是：

显示计时时间状态，调计时的时、分、秒的3个状态，调闹铃的时、分的3个状态，reset键是复位键，用来回到显示计时时间的状态。

（2）波形仿真图：

（3）模块图：