《数字钟的设计》-面包板社区

A：本次课程设计选的题目：《数字钟的设计》
 其基本要求如下：
1. 实现基本的计时功能，输入1kHz的时钟，采用24小时制计时，能显示时、分、秒。
2. 校正功能; 时分均有校时功能。
3. 当计时器运行到59分49秒开始报时，每鸣叫1s就停叫1s，共鸣叫6，前5响为低音，频率为750Hz；最后1响为高音，频率为1KHz。
4. 可设定夜间某个时段不报时。
5. 设定闹钟，当按下闹铃开关时，可在规定时间闹铃，当开关复位时，闹铃停止。
 方案一
 根据方案的要求，可以用VHDL语言，采用自顶向下的设计方法。可用分频的方法得到1HZ的时钟用与计数；用7段数码管来显示时间，需要6个数码管；同时可以根据不同的频率的输入来调节蜂鸣器的鸣叫声音，从而实现整点报时功能和闹铃功能。对于闹铃功能，可以用一个触发器和一个寄存器来实现。根据要求基本确定由以下模块组成：
1．秒计数模块：秒计数，在频率为1HZ的时钟下以60次为循环计数，并产生进位信号影响分计数；
2．分计数模块：分计数，在秒进位信号为高电平时，计数一次，同样以60次为一个循环计数，同时产生分进位信号影响时计数；
3．时计数模块：时计数，在分进位信号为高电平时，计数一次，以24次为一个循环计数；
4．频率产生模块：主要有2个部分，一个是产生1HZ的计数频率，一个是产生725HZ和500HZ的蜂鸣器鸣叫频率；
5．时间显示模块：通过选中不同的数码管，同时进行一定频率的扫描显示时，分，秒。
6．时间设置模块：设置调试使能端，可以调时，分。基本功能是在使能端为高电平时，可以使时和分循环计数；
7．整点报时模块：在秒计数到50秒时，同时分计数到59分开始，丰鸣器产生每个2秒的鸣叫（500HZ），到整点是产生750HZ的鸣叫。
8．闹钟模块：在设定闹钟闹铃时间后，当闹钟使能端有效时，可在闹铃时间闹铃，通过人工拨0后停闹。
 秒计数模块
 VHDL源程序：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY MIAN IS ---------------秒计数模块-------------
 PORT(RD,CLK:IN STD_LOGIC; ------------秒复位信号-----
 SEC1,SEC0:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
 CO:OUT STD_LOGIC);
END MIAN;
ARCHITECTURE MIANA OF MIAN IS
BEGIN
 PROCESS(CLK,RD) --秒计数进程
 VARIABLE CNT1,CNT0:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); 输出信号
 BEGIN
 IF RD='1' THEN ----复位信号为1时，秒计数清零---
 CNT1:="0000";
 CNT0:="0000";
 ELSIF CLK 'EVENT AND CLK='1' THEN -输入时钟信号和清零信号
IF CNT1="0101"AND CNT0="1000"THEN –当秒计数为58时进位信号为1

 CO<='1';
 CNT0:="1001"; -秒低位小于9时，加1
 ELSIF CNT0<"1001"THEN

 CNT0:=CNT0+1;
 ELSE
 CNT0:="0000";
 IF CNT1<"0101"THEN -秒高位小于5时，加1
 CNT1:=CNT1+1;
 ELSE
 CNT1:="0000";
 CO<='0';
 END IF;
 END IF;
 END IF;

 SEC1<=CNT1;
 SEC0<=CNT0;
 END PROCESS;
END MIANA;


EDA 电子钟课设报告(二)

作者：shou1723 提交日期：2007-1-14 15:24:00

B：分计数模块
VHDL源程序：
LIBRARY IEEE; --分计数模块
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY MINA IS
 PORT(EN,CLK:IN STD_LOGIC; -输入时钟信号和进位信号
 MIN1,MIN0:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --输出分计数和进位
 CO:OUT STD_LOGIC);
END MINA;
ARCHITECTURE MIN OF MINA IS
BEGIN
 PROCESS(CLK) --分计数进程
 VARIABLE CNT1,CNT0:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
 BEGIN
 IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN 时钟上升沿，en为1时分开始计数
 IF EN='1'THEN
 IF CNT1="0101"AND CNT0="1000"THEN -当分计数到58时产生进位信号
 CO<='1';
 CNT0:="1001";
 ELSIF CNT0<"1001"THEN --分低位小于9时，cnt0加1


 CNT0:=CNT0+1;
 ELSE
 CNT0:="0000";
 IF CNT1<"0101"THEN
 CNT1:=CNT1+1;
 ELSE
 CNT1:="0000";
 CO<='0';
 END IF;
 END IF;
 END IF;
 END IF;
 MIN1<=CNT1;
 MIN0<=CNT0;
 END PROCESS;
END MIN;

：时计数模块
VHDL源程序：
LIBRARY IEEE; --时计数模块
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY HOUR IS
 PORT(EN,CLK:IN STD_LOGIC; -输入时钟信号和分模块进位信号
 H1,H0:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); -输出h0,h1
END HOUR;
ARCHITECTURE HOURA OF HOUR IS
BEGIN
 PROCESS(CLK) --小时计数进程
 VARIABLE CNT1,CNT0:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
 BEGIN
 IF CLK 'EVENT AND CLK='1' THEN --时钟上升沿，en为1时小时开始计数
 IF EN='1' THEN
 IF CNT0="0011"AND CNT1="0010"THEN
 CNT0:="0000";
 CNT1:="0000";
 ELSIF CNT0<"1001"THEN
 CNT0:=CNT0+1;
 ELSE
 CNT0:="0000";
 CNT1:=CNT1+1;
 END IF;
 END IF;
 END IF;
 H1<=CNT1;
 H0<=CNT0;
 END PROCESS;
END HOURA;


EDA 电子钟课设报告(三)

作者：shou1723 提交日期：2007-1-14 15:25:00

D：频率产生模块：
1．500HZ和1KHZ的频率产生：
LIBRARY IEEE; --小时计数模块
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY CCC IS
 PORT(CLK:IN STD_LOGIC;
 q1k,Q500:OUT STD_LOGIC);
END CCC;
ARCHITECTURE CCCA OF CCC IS
SIGNAL X:STD_LOGIC;
BEGIN
 PROCESS(CLK)

 BEGIN
 IF CLK 'EVENT AND CLK='1' THEN
 X<=NOT X;
 END IF;
q1k<=X;
 END PROCESS;
PROESS（X）
VARIABLE Y:STD_LOGIC;
BEGIN
 IF X 'EVENT AND X='1' THEN
 Y:=NOT Y;
 END IF;
 Q500<=Y;
END PROCESS;
 END CCC;

2．1HZ的频率产生：
 LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY FEN10 IS
 PORT(CLK:IN STD_LOGIC;
 Q:OUT STD_LOGIC);
END FEN10;
ARCHITECTURE FENA OF FEN10 IS
BEGIN
 PROCESS(CLK)
 VARIABLE CNT:INTEGER RANGE 0 TO 999;
 BEGIN
 IF CLK 'EVENT AND CLK='1' THEN
 IF CNT<999 THEN
 CNT:=CNT+1;
 Q<='0';
 ELSE
 CNT:=0;
 Q<='1';
 END IF;
 END IF;
 END PROCESS;
END FENA;


EDA 电子钟课设报告(四)

作者：shou1723 提交日期：2007-1-14 15:26:00

E：时间显示模块：
1．数码管选中：
LIBRARY IEEE;
 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY BBB IS ----用于选中对应的数码管----
 PORT(SEC1,SEC0,MIN1,MIN0,H1,H0:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
 SEL:IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
 Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));
END BBB;
ARCHITECTURE BBBA OF BBB IS
BEGIN
 PROCESS(SEL)
 BEGIN
 CASE SEL IS ----由低位到高位依次显示秒，分，时-------
 WHEN"000"=>Q<=SEC0; -当000时输出秒低位
 WHEN"001"=>Q<=SEC1; -001时输出秒高位
 WHEN"011"=>Q<=MIN0; -当011时输出分低位
 WHEN"100"=>Q<=MIN1; -当100时输出分高位
 WHEN"110"=>Q<=H0; --当110时输出时低位
 WHEN"111"=>Q<=H1; 当111时输出时高位
 WHEN OTHERS=>Q<="1111";
 END CASE;
 END PROCESS;
END BBB;


2．译码显示：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all; -字模输出模块
entity dispa is
port(d:in std_logic_vector(3 downto 0); --输入选通信号
q: out std_logic_vector(6 downto 0));
end dispa;
architecture dispa_arc of dispa is
begin
process(d)
begin
case d is
when "0000" =>q<="0111111";
when "0001" =>q<="0000110";
when "0010" =>q<="1011011";
when "0011" =>q<="1001111";
when "0100" =>q<="1100110";
when "0101" =>q<="1101101";
when "0110" =>q<="1111101";
when "0111" =>q<="0100111";
when "1000" =>q<="1111111";
when "1001" =>q<="1101111";
when others =>q<="0000000";
end case;
end process;
end dispa_arc;

EDA 电子钟课设报告(五)

作者：shou1723 提交日期：2007-1-14 15:27:00

3．数码管的扫描显示：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; -字模输出模块
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY SEL IS
 PORT(CLK:IN STD_LOGIC;
 Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0)); --输入选通信号
END SEL;
ARCHITECTURE SELA OF SEL IS
BEGIN
 PROCESS(CLK)
 VARIABLE CNT:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
 BEGIN
 IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
 CNT:=CNT+1;
 END IF;
 Q<=CNT;
 END PROCESS;
END SELA;


G：整点报时功能：
 library ieee; --整点报时模块

use ieee.std_logic_1164.all;
entity sst is
port(h1,h0,m1,m0,s1,s0:in std_logic_vector(3 downto 0);
 q1,q0:in std_logic; -输入分，秒信号和时钟信号
 q: out std_logic); --输出两个不同频率的音频信号
end sst;
architecture sss_arc of sst is
signal q3,q4:std_logic;
begin
process(m1,m0,s1,s0)
begin
if h1="0000" and h0<"0111" then
q3<='0';
q4<='0';
elsif m1="0101"and m0="1001"and s1="0101" then
if s0="0000"or s0="0010"or s0="0100" or s0="0110" or s0="1000" then
q3<='1' ;
else --当计时到达59'50" 52" 54" 56" 58"鸣叫，鸣叫频率为500HZ，

q3<='0';
end if;
end if;
if h1="0000" and h0<"0111" then
q3<='0';
q4<='0';
elsif m1="0000" and m0="0000"and s1="0000" and s0="0000" then
q4<='1'; 当整点时为最后一声整点报时，频率为1k HZ，
else
q4<='0';
end if;

end process;
q<=(q3 and q0)or(q4 and q1);
end sss_arc;


G:闹钟功能模块:

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY NAL IS
 PORT(M1,M0,H1,H0:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
 en: in STD_LOGIC;
 Q:OUT STD_LOGIC);
END NAL;
ARCHITECTURE NAO OF NAL IS
BEGIN
 PROCESS(M1,M0,H1,H0,EN)
 BEGIN
IF EN='0' THEN
IF H0="1000"AND H1="0000" AND M1="0000" AND M0="0000" THEN
 Q<='1';
 ELSE
 Q<='0';
END IF;
ELSE Q<='0';
end if;
END PROCESS;
END NAO;


EDA 电子钟课设报告(六)

作者：shou1723 提交日期：2007-1-14 15:28:00

 七．课设的心得与体会

 为期两周的课设已经接近尾声了，在这2周中，我学到了很多，对EDA的认识也进一步加深了。从一个刚入门的学习者,渐渐的爱上了这门技术,虽然说对于EDA的知识还有很多要学习和提高,但是在这2周中我还是感受到这门课程的魅力所在。

 在拿到数字钟这个课题时，我和我的合作伙伴对这个课题感到比较轻松，脑海中一下子出现了许多设计念头，于是我们就分头去寻找这方面的资料，通过图书馆的书籍资料，网络上的虚拟资料。在2天的找资料的过程中，我开始觉得所谓的数字钟并非我想象的那么简单。一开始我想到的数字钟只是一般的计数功能并未涉及到调时，调分，和闹铃功能。在如何显示方面也没有细细的考虑过。在看过一些资料后，越来越感觉到数字钟课题并非手到擒来。

 在与伙伴商量后，我们以一本参考书的资料为基础开始展开细致设计。我们一开始的输入是有三个模块，输入模块，计数模块，和显示模块。对于计数模块我们通过分频方法很快就得到了1HZ的频率用于计数，再通过计数进位标志实现秒，分，时的互相关联，再显示模块，我们通过7段数码管扫描显示也的到了实现。但是在输入模块，我们却遇到了障碍，如何通过硬件上的有限的开关和按钮来实现呢。我们首先想到了，做一个可以输入数字的键盘和开关（16*16），可是在想到键盘设计本身就是一个非常复杂的过程，想到2周能做好的话有一定的难度，于是我们果断的放弃了这一计划。那么如何实现输入，这个问题摆在我们面前，我感到了课设以来前所未有的压抑感。通过四个开关控制0—9的输入，但是如何控制是输入的是哪一位，如何进行调时，闹铃控制？都是难题。

 在冥想了2天后，我才发现自己陷如了思维的局限性中，为什么一定通过输入来完成调时呢，我们不可以通过他本身的计数功能来调时，这样虽然没有像我们所想的输入调时那样方便，但是它的简单在于充分利用了1HZ频率，通过干扰进位标志进行调时。这一个方法想到后，其他的闹铃功能和报时功能也都迎刃而解了。经过3天的编程和功能完善，我们基本实现了所有的功能，各个模块的编译和仿真也都实现了，第二个星期，实验室开放，我和伙伴就开始进行硬件上的实现了，在完成顶层设计后，我们成功的下载在硬件上了。通过调时后，基本实现了全部功能，并通过了老师的检查。到此本次课设基本上实现了所有的功能，但在有些功能的实现中，还有待提高。比如说对于调时功能，只能等待调时，这样对于调时的机动性不好，如果控制不好，过了应调时间的话，就必须在等一次循环后才能调时，这样就很浪费时间了。还有就是闹钟功能并未完全实现它，我们只是编写了一个特定的程序来闹铃，闹铃时间已经事先安排好了，无法再通过手动调节了，这样就缺少了人性化。这在课设结束以后，要进一步的改进，争取获得一款高性能的人性化的数字钟。
 通过本次课设，我不仅学到了关于EDA的许多专业知识，同时也让我感觉到团队合作的重要性。其实如何有效和快速的找到资料也是课设给我的启发，利用好图书馆和网络，是资源的到最好的利用。如果我们一味的屋子里苦思冥想那么再给2周的时间或许也不会有数字钟诞生，所以我觉得与他人交流思想是取得成功的关键，在交流中，不仅强化了自己原有的知识体系也可以扩展自己的思维。通过思考、发问、自己解惑并动手、改进的过程，才能真正的完成课题。经过这次课程设计的过程，我相信在以后的课程设计中我们会吸取经验教训，做出更好的设计来。