1、安徽工業經濟職業技術學院畢業論文（設計）題 目： 基于VHDL的數字鐘設計 系 別：電子信息技術系專 業：電子信息工程技術學 號：201254427學生姓名：王翀指導教師：王俊職 稱：二一四年 五月 月 十三 日【摘要】 20世紀90年代，國際上電子和計算機技術較為先進的國家，一直在積極探索新的電子電路設計方法，并在設計方法、工具等方面進行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術設計領域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應用，已得到廣泛的普及，這些器件為數字系統的設計帶來了極大的靈活性。 EDA技術在電子系統設計領域越來越普及，本設計主要利用VHDL語言在EDA平臺上設計一個電子數字鐘

2、， 【關鍵詞】數字鐘 EDA VHDL語言 目錄摘要：. 1 關鍵詞：. 1 緒論.31.設計目的 . 4 2.設計內容 .4 3.設計原理 .43.1數字鐘的基本工作原理.43.2數字鐘設計的電路原理圖.6.4.單元模塊的設計.64.1秒計數器的模塊.64.2分計數器的模塊.84.3時計數器的模塊.104.4整點報時器模塊.124.5調時調分模塊.134.6 LED顯示譯碼器模塊.15 5.仿真結果.17.結語. 17參考文獻 . 18 緒論 是電子設計自動化（lcctronic Design Automation）的縮寫，是90年代初從CAD（計算機輔助設備），CAM(計算機輔助制造)，C

3、AT（計算機輔助測試）和CAE（計算機輔助工程）的概念發展而來的。EDA技術是以計算機為工具，根據硬件描述語言HDL完成的設計文件，自動的完成邏輯編譯，化簡，分割，綜合及優化，布局布線，仿真以及對特定目標芯片的適配編譯和編程下載等工作，這種將設計實體內外部分的概念是VHDL系統設計的基本點。應用VHDL進行工程設計的優點是多方面的。其優點是：與其它硬件描述語言相比，VHDL具有更強的行為描述能力，從而解決了他成為系統設計領域最佳的硬件描述語言，強大的行為描述能力是避開具體的器件結構，從邏輯行為上描述和設計大規模電子系統的重要保證；VHDL豐富的仿真語句和庫函數，使得在任何大系統的設計早期就能查

4、驗設計系統的功能和可行性，及時可對設計進行。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為24時59分59秒，另外還具有校時功能和鬧鐘功能。總的程序由幾個各具不同功能的單元模塊程序拼接而成，其中包括分頻程序模塊、時分秒計數和設置程序模塊、比較器程序模塊、三輸入數據選擇器程序模塊、譯碼顯示程序模塊和拼接程序模塊。并且使用QUARTUS II軟件進行電路波形仿真，下載到EDA實驗箱進行驗證。 1.設計目的 1）熟練地運用數字系統的設計方法進行數字系統設計； 2）能進行較復雜的數字系統設計； 3）按要求設計一個數字鐘。 2.設計內容 1）要求顯示秒、分、時，顯示格式如下： 圖顯示格式2）可清零、可調時，具有整

5、點報時功能。3.設計原理 3.1數字鐘的基本工作原理： 數字鐘以其顯示時間的直觀性、走時準確性作為一種計時工具，數字鐘的基本組成部分離不開計數器， 在控制邏輯電路的控制下完成預定的各項功能。數字鐘的基本原理方框圖： 數字鐘實現原理框圖1）時鐘計數：完成時、分、秒的正確計時并且顯示所計的數字；對秒、分 60進制計數，即從0到59循環計數，時鐘24進制計數，即從0到23循環計數，并且在數碼管上顯示數值。 2）時間設置：手動調節分鐘、小時，可以對所設計的時鐘任意調時間，這樣使數字鐘真正具有使用功能。我們可以通過實驗板上的鍵7和鍵4進行任意的調整，因為我們用的時鐘信號均是1HZ的，所以每LED燈變化一

6、次就來一個脈沖，即計數一次。 3）清零功能：reset為復位鍵，低電平時實現清零功能，高電平時正常計數。可以根據我們自己任意時間的復位。 4）蜂鳴器在整點時有報時信號產生，蜂鳴器報警。產生“滴答.滴答”的報警聲音。 5）LED燈在時鐘顯示時有花樣顯示信號產生。即根據進位情況，LED不停的閃爍，從而產生“花樣”信號。 根據總體方框圖及各部分分配的功能可知，本系統可以由秒計數器、分鐘計數器、小時計數器、整點報時、分的調整以及小時的調整和一個頂層文件構成。采用自頂向下的設計方法，子模塊利用VHDL語言設計，頂層文件用原理圖的設計方法。顯示：小時采用數字時鐘 控制單元 時調整 分調整 使能端信號 CL

7、K信號 時顯示 分顯示 秒顯示 24進制 60進制 60進制 LED顯示 整點報時 花樣顯示 24進制，而分鐘均是采用6進制和10進制的組合。3.2數字鐘設計的電路原理圖 24進制數字鐘的電路圖4.單元模塊的設計4.1.秒計數器模塊 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY second IS PORT( clk,reset,setmin:IN STD_LOGIC; enmin:OUT STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(6 dow

8、nto 0); END entity second; ARCHITECTURE fun OF second IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0); SIGNAL enmin_1,enmin_2:STD_LOGIC; -enmin_1為59秒時的進位信號 BEGIN daout<=count; -enmin_2由clk調制后的手動調分脈沖信號串 enmin_2<=(setmin and clk); -setmin為手動調分控制信號，高電平有效 enmin<=(enmin_1 or enmin_2); -enmin為向分進位信號

9、 process(clk,reset,setmin) begin if(reset='0') then count<="0000000" -若reset為0，則異步清零 elsif(clk'event and clk='1')then -否則，若clk上升沿到 if(count(3 downto 0)="1001")then -若個位計時恰好到“1001”即9 if(count<16#60#)then -又若count小于16#60#，即60H if(count="1011001")

10、then -又若已到59D enmin_1<='1'count<="0000000" -則置進位為1及count復0 else count<=count+7; -未到59D，則加7，而+7=+1+6,則作“加6校正” end if; else -若count不小于16#60#（即count等于或大于16#60#） count<="0000000" -count復0 end if; -end if（count<16#60#） elsif(count<16#60#)then -若個位計數未到“1001”則轉

11、此句再判 count<=count+1; -若count<16#60#則count加1 enmin_1<='0' after 100 ns; -則沒有發生進位 else end if; end if; end process; end fun 編譯過程：仿真圖如下：4.2分計數器模塊 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY minute IS PORT( clk,clk1,reset,sethour:IN STD_LOGIC; enho

12、ur:OUT STD_LOGIC; daout:out std_logic_vector(6 downto 0); END entity minute; ARCHITECTURE fun OF minute IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0); SIGNAL enhour_1,enhour_2:STD_LOGIC; BEGIN daout<=count; enhour_2<=(sethour and clk1); enhour<=(enhour_1 or enhour_2); process(clk,reset,setho

13、ur) begin if(reset='0')then count<="0000000" -若reset=0，則異步清零 elsif(clk'event and clk='1')then -否則，若clk上升沿到 if(count(3 downto 0)="1001")then -若個位計時恰好到“1001”即9 if(count<16#60#)then -又若count小于16#60#，即60if(count="1011001")then -又若已到59D enhour_1<

14、='1' -則置進位為1count<="0000000" -count復0 ELSE count<=count+7; -若count未到59D，則加7，即作“加6校正” end if; -使前面的16#60#的個位轉變為8421BCD的容量 else count<="0000000" -count復0（有此句，則對無效狀態電路可自啟動） end if; elsif(count<16#60#)then count<=count+1; -若count<16#60#則count加1 enhour_1<=

15、'0'after 100 ns; -沒有發生進位 else count<="0000000" -否則，若count不小于16#60#count復0 end if; end if; end process; END fun; 編譯過程：仿真圖如下：4.3.時計數器模塊 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY hour IS PORT( clk,reset:IN STD_LOGIC; daout:out std_logic_vect

16、or(5 downto 0); END entity hour; ARCHITECTURE fun OF hour IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(5 downto 0); BEGIN daout<=count; process(clk,reset) begin if(reset='0')then count<="000000" -若reset=0，則異步清零 elsif(clk'event and clk='1')then -否則，若clk上升沿到 if (count(3 downto

17、0)="1001")then -若個位計時恰好到1001即9 if(count<=16#23#)then -23進制 count<=count+7; -若到23D則 else count<="000000" -復0 end if; elsif(count<16#23#)then -若未到23D，則count進1 count<=count+1; else -否則清零 count<="000000" end if; end if; end process; END fun; 編譯過程：仿真圖如下：4.4

18、.整點報時器模塊 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY alert IS PORT( clk:IN STD_LOGIC; dain:IN STD_LOGIC_VECTOR (6 DOWNTO 0); speak:OUT STD_LOGIC; lamp:OUT STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0); END alert; ARCHITECTURE fun OF alert IS signal coun:std_logic_vector (1 dow

19、nto 0); signal count1:std_logic_vector (1 downto 0); BEGIN speaker:process(clk) begin speak<=count1(1); if(clk'event and clk='1')then if(dain="0000000")then if(count1>="10")then count1<="00" -count1為三進制加法計數器 else count1<=count1+1; end if; end if;

20、 end if; end process speaker; lamper:process(clk) begin if(rising_edge(clk)then if(coun<="10")then if(coun="00")then lamp<="001" -循環點亮三只燈 elsif(coun="01")then lamp<="010" elsif(coun="10")then lamp<="100" end if; coun&l

21、t;=coun+1; else coun<="00" end if; end if; end process lamper; END fun; 編譯過程：仿真圖如下：4.5調時調分模塊 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; ENTITY seltime IS PORT( clk1,reset:IN STD_LOGIC; sec,min:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0)

22、; hour:in std_logic_vector(5 downto 0); daout:OUT STD_LOGIC_vector(3 downto 0); dp:OUT std_LOGIC; sel:out std_logic_vector(2 downto 0); END seltime; ARCHITECTURE fun OF seltime IS SIGNAL count:STD_LOGIC_vector(2 downto 0); BEGIN sel<=count; process(clk1,reset) begin if(reset='0')then coun

23、t<="000" elsif(clk1'event and clk1='1')then if(count>="101")then count<="000" else count<=count+1; end if; end if; case count is when"000"=>daout<=sec(3 downto 0);dp<='0' when"001"=>daout(3)<='0'

24、daout(2 downto 0)<=sec(6 downto 4);dp<='0' when"010"=>daout<=min(3 downto 0);dp<='1' when"011"=>daout(3)<='0'daout(2 downto 0)<=min(6 downto 4);dp<='0' when"100"=>daout<=hour(3 downto 0);dp<='1'

25、 when others=>daout(3 downto 2)<="00" daout(1 downto 0)<=hour(5 downto 4);dp<='0' end case; end process; end fun; 編譯過程：仿真圖如下：4.6.LED顯示譯碼器模塊 LIBRARY ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY deled IS PORT(num:IN std_logic_vector(3 downto

26、0); led:OUT std_logic_vector(6 downto 0); end deled; ARCHITECTURE fun OF deled IS BEGIN led<="1111110"when num="0000"else "0110000"when num="0001"else "1101101"when num="0010"else "1111001"when num="0011"else "01

27、10011"when num="0100"else "1011011"when num="0101"else "1011111"when num="0110"else "1110000"when num="0111"else "1111111"when num="1000"else "1111011"when num="1001"else "1110111&

28、quot;when num="1010"else "0011111"when num="1011"else "1001110"when num="1100"else "0111101"when num="1101"else "1001111"when num="1110"else "1000111"when num="1111" END fun;編譯過程：仿真圖如下：5.仿真結果 下圖是最后仿真的結