基于VHDL的数字时钟设计

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1、邵阳学院课程设计目录1概述11.1数字时钟的工作原理11.2设计任务12系统总体方案设计23VHDL模块电路设计33.1模块实现33.1.1分频模块pinlv33.1.2按键去抖动模块qudou53.1.3按键控制模块self163.1.4秒、分六十进制模块cantsixty73.1.5时计数模块hourtwenty93.1.6秒、分、时组合后的模块93.1.7数码管显示模块103.2数字时钟的顶层设计原理图133.3系统仿真与调试14结束语16参考文献17致谢18附录源程序代码1926邵阳学院课程设计1概

2、述1.1数字时钟的工作原理数字钟电路的基本结构由两个60进制计数器和一个24进制计数器组成，分别对秒、分、小时进行计时，当计时到23时59分59秒时，再来一个计数脉冲，则计数器清零，重新开始计时。秒计数器的计数时钟CLK为1Hz的标准信号，可以由晶振产生的50MHz信号通过分频得到。当数字钟处于计时状态时，秒计数器的进位输出信号作为分钟计数器的计数信号，分钟计数器的进位输出信号又作为小时计数器的计数信号，每一秒钟发出一个中断给CPU，CPU采用NIOS，它响应中断，并读出小时、分、秒等信息。CPU对读出的数

3、据译码，使之动态显示在数码管上。1.2设计任务设计一个基于VHDL的数字时钟，具体功能要求如下：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。此功能中可通过按键实现整体清零和暂停的功能。5．LED灯循环显示：在时钟正常计数下，LED灯被依次循环点亮。26邵阳学院课程设计2系统总体方案设计设计一个基于VHDL

4、的数字时钟，我采用自顶向下分模块的设计。底层为实现个弄能的模块，各模块由vhdl语言编程实现：顶层采用原理图形式调用。其中底层模块包括秒、分、时三个计数器模块、按键去抖动模块、按键控制模块、时钟分频模块、数码管显示模块共7个模块。设计框图如下：图2.1数字时钟设计框图由图2.1可以清晰的看到数字钟系统设计中各功能模块间连接关系。系统时钟50MHZ经过分频后产生1秒的时钟信号，1秒的时钟信号作为秒计数模块的输入信号，秒计数模块产生的进位信号作为分计数模块的输入信号，分计数模块的进位信号作为时计数模块的输入信号

5、。秒计数模块、分计数模块、时计数模块的计数输出分别送到显示模块。由于设计中要使用按键进行调节时间，而按键的动作过程中存在产生得脉冲的不稳定问题，所以就牵扯到按键去抖动的问题，对此系统中设置了按键去抖动模块，按键去抖动模块产生稳定的脉冲信号送入按键控制模块，按键控制模块根据按键的动作对秒、分、时进行调节。26邵阳学院课程设计3VHDL模块电路设计3.1模块实现由数字钟的顶层设计原理图可知：系统的外部输入即为系统的时钟信号CLK=50MHZ,系统的外部输出有蜂鸣器信号buzzer，LED显示信号LED[3..1

6、]和shan（与按键去抖动模块的o3相连），数码管显示信号xianshi[7..0]，数码管位选信号xuanze[7..0]。下面将对内部功能模块进行详细说明，（本设计共包含5个模块）：3.1.1分频模块pinlv对系统的时钟50MHZ进行分频，设置不同长度的计数值，当系统时钟clk有变化时计数器开始计数，当计数到某个值时输出一个信号，计数值不同输出信号的周期也就不同，从而实现了对系统时钟进行不同的分频，产生不同频率的信号。由VHDL语言生成的模块图和程序说明如下：图3.1分频模块libraryieee;u

7、seieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitypinlvisport(clk:instd_logic;--系统时钟输入端口clk2ms:outstd_logic;clk500ms:outstd_logic;clk1s:outstd_logic);--各频率信号的输出端口end;architecturebehofpinlvisbeginp1:process(clk);--进程p126邵阳学院课程设计variablecount1:i

8、ntegerrange0to49999999;beginif(clk'eventandclk='1')thencount1:=count1+1;--在clk的上升沿计数ifcount1<=24999999thenclk1s<='0';elsifcount1<=49999999thenclk1s<='1';elsecount1:=0;--产生周期为1s的时钟信号clk500ms<='0';elsifcount3<=