VHDL数字时钟实验报告

VHDL数字时钟设计一、实验目的： 进一步练习VHDL语言设计工程的建立与仿真的步骤和方法、熟悉VHDL语言基本设计实体的编写方法。同时，在已有知识的基础上，简单综合编写程序，仿制简单器械。二、实验环境： PC个人计算机、Windows XP操作系统、Quartus II集成开发环境软件。三、设计要求：运用VHDL语言编写一个数字钟，具体要求： 1. 具有时、分、秒计数的十进制数字显示功能，以24小时循环计时。2. 具有手动调节小时，分钟的功能。3. 具有闹钟的功能，能够在设定的闹钟时间发出闹铃声。四、实验步骤：1. 定义输入输出信号量port( clk:in std_logic; -时钟 speak:out std_logic; -铃 dout:out std_logic_vector(7 downto 0); -晶体管显示 setclk:in std_logic_vector(2 downto 0); -操作按钮 d1,d2,d3,d4,d5,d6: out std_logic); -六个晶体管 2. 定义结构体中的信号量 signal sel:std_logic_vector(2 downto 0); signal hou1:std_logic_vector(3 downto 0); -时分秒的个位和十位 signal hou2:std_logic_vector(3 downto 0); signal min1:std_logic_vector(3 downto 0); signal min2:std_logic_vector(3 downto 0); signal seth1:std_logic_vector(3 downto 0); signal seth2:std_logic_vector(3 downto 0); signal setm1:std_logic_vector(3 downto 0); signal setm2:std_logic_vector(3 downto 0); signal sec1:std_logic_vector(3 downto 0); signal sec2:std_logic_vector(3 downto 0); signal h1:std_logic_vector(3 downto 0); signal h2:std_logic_vector(3 downto 0); signal m1:std_logic_vector(3 downto 0); signal m2:std_logic_vector(3 downto 0); signal s1:std_logic_vector(3 downto 0); signal s2:std_logic_vector(3 downto 0); signal sph1,sph2,spm1,spm2,sps1,sps2:std_logic_vector(3 downto 0); signal count_sec:std_logic_vector(9 downto 0); signal sec_co:std_logic; signal co1,co2,co3,co4:std_logic; -进位 signal switch:std_logic_vector(1 downto 0); -表示状态 3. 分频模块 用来定义秒count_sec用来计时钟个数，当count_sec=1111111111时，及得到1Hz信号。代码如下： process (clk) is-define a second begin if(clkevent and clk=1)then if(count_sec=1111111111)then count_sec=0000000000; sec_co=1; else count_sec=count_sec+1; sec_co=0; end if; end if; end process;4时钟正常走时模块该模块使用6个进程实现，分别为秒个位计时、秒十位计时、分个位计时、分十位计时、时个位计时、时十位计时。 process(sec_co) is-秒个位 begin if switch=00 then-正常状态 if sec_co=1 then if sec2=1001 then sec2=0000; co1=1; else sec2=sec2+1; co1=0; end if; end if; elsif switch=01 then-调时状态 sec2=0000; end if; end process; - process (co1) is-秒十位 begin if switch=00 then if co1event and co1=1 then if (sec1=0101)then sec1=0000; co2=1; else sec1=sec1+1; co2=0; end if; end if; elsif switch=01 then sec1=0000; end if; end process; - process (co1,co2) is-分钟个位 begin if switch=00 then if co2event and co2=1 then if min2=1001 then min2=0000; co3=1; else min2=min2+1; co3=0; end if; end if; elsif switch=01 then min2=setm2; end if; end process; - process (co3) is-分钟十位 begin if switch=00 then if co3=1 then if min1=0101 then min1=0000; co4=1; else min1=min1+1; co4=0; end if; end if; elsif switch=01 then min1=setm1; end if; end process; - process(co4)-小时 begin if switch=00 then if co4=1 then if (hou1=0010) then-小时十位为2时，个位满3进一 if(hou2=0011)then hou2=0000; hou1=0000; else hou2=hou2+1; end if; else-小时十位为0或1，个位满9进一 if(hou2=1001)then hou2=0000; hou1=hou1+1; else hou2=hou2+1; end if; end if; end if; elsif switch=01 then hou1=seth1; hou2=seth2; end if; end process;5调时模块 该进程用来控制时钟状态，switch为“00”时正常显示时间，为“01”时是进行调时， 为“10”时是设置闹钟时间。代码如下： process (setclk(0) is begin if(setclk(0)event and setclk(0)=1)then if(switch=10)then switch=00; else switch=switch+1; end if; end if; end process; process (setclk(2),switch,setclk(1) is begin-setclk(1)为1调分 if(switch=01 and setclk(1)=1)then if(setclk(2)event and setclk(2)=1)then if(setm2=1001)then setm2=0000; if(setm1=0101)then setm1=0000; else setm1=setm1+1; end if; else setm2=setm2+1; end if; end if; end if; end process; process (setclk(2),switch,setclk(1) is begin-setclk(1)为0调时 if(switch=01 and setclk(1)=0)then if(setclk(2)event and setclk(2)=1)then if(seth1=0010)then if(seth2=0011)then seth1=0000; seth2=0000; else seth2=seth2+1; end if; else if(seth2=1001)then seth1=seth1+1; seth2=0000; else seth2=seth2+1; end if; end if; end if; end if; end process;6闹钟模块该模块由3个小模块组成，分别为设置闹钟时间、判断闹钟时间是否到达以及闹铃声音模块。（1）设置闹钟时间模块该进程用于设置闹钟时间。信号量switch为10时，表示设置闹钟时间； if(switch=10)then-调闹钟时，显示闹钟设置时间 if sel=000 then d1doutdoutdoutdout=XXXXXXXX; end case; elsif sel=001 then d2doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX; end case; elsif sel=010 then d3doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX; end case; elsif sel=011 then d4doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX; end case; elsif sel=100 then d5doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX; end case; elsif sel=101 then d6doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX; end case; end if;（2）闹铃声音模块通过分频产生蜂鸣，即发出闹铃声音。 process (switch) is-闹铃 begin-设置闹铃时秒归零 if switch=10 then sps1=0000; sps2=0000; end if; end process; process (switch,setclk(2),setclk(1) is begin if(switch=10 and setclk(1)=1)then if(setclk(2)event and setclk(2)=1)then if(spm2=1001)then spm2=0000; if(spm1=0101)then spm1=0000; else spm1=spm1+1; end if; else spm2=spm2+1; end if; end if; end if; end process; process (switch,setclk(2),setclk(1) is begin if(switch=10 and setclk(1)=0)then if(setclk(2)event and setclk(2)=1)then if(sph1=0010)then if(sph2=0011)then sph1=0000; sph2=0000; else sph2=sph2+1; end if; else if(sph2=1001)then sph2=0000; sph1=sph1+1; else sph2=sph2+1; end if; end if; end if; end if; end process; process (clk,sph1,sph2,spm1,spm2,hou1,hou2,min1,min2) is begin if(sph1=hou1 and sph2=hou2 and spm1=min1 and spm2=min2)then speak=clk; else speak=0; end if; end process;7数码管显示模块（1）选择时间显示 process(key1,key2,change) begin if(key1=0)and(key2=0)thensec_0=sec_00; sec_1=sec_11; min_0=min_00; min_1=min_11; hour_1=hour_11;hour_0=hour_00; elsif(key1=1)and(key2=0)thensec_0=sec_000; sec_1=sec_111; min_0=min_000;min_1=min_111; hour_0=hour_000;hour_1=hour_111; elsif(key1=0)and(key2=1)thensec_0=sec_0000; sec_1=sec_1111; min_0=min_0000;min_1=min_1111; hour_0=hour_0000;hour_1=hour_1111; end if; end process;（2） 数码管时间显示 if sel=000 then d1doutdoutdoutdout=XXXXXXXX;end case; elsif sel=001 thend2doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;end case; elsif sel=010 thend3doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;end case; elsif sel=011 thend4doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;end case; elsif sel=100 thend5doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;end case; elsif sel=101 thend6doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;end case; end if;五、实验结果分析总结：该程序基本实现了数字时钟的基本功能，能够正常走时，并且可以校正时间，还可以进行闹钟设置。 通过这次VHDL课程设计，我学到了很多，对于原本掌握的不好的数字逻辑相关知识，在课程设计具体实践中有了很深刻的认识，在对于Quartus II的操作上也有很大的提高，增加了操作的熟练程度，现在我已经有信心做任何的设计课题。在编程中还遇到其他一些小问题，有好多都是由于不够细心，不够严谨造成的，通过编程，我会一步步养成一个好的编程习惯，尽量避免一些不必要的错误，一步步提高自己。在今后的学习中，我还需要不断学习，不断锻炼自己。6、 附：源代码library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity clock isport( clk:in std_logic; -时钟 speak:out std_logic; -铃 dout:out std_logic_vector(7 downto 0); -晶体管显示 setclk:in std_logic_vector(2 downto 0); -操作按钮 d1,d2,d3,d4,d5,d6: out std_logic); -六个晶体管end entity clock;architecture one of clock issignal sel:std_logic_vector(2 downto 0);signal hou1:std_logic_vector(3 downto 0); -时分秒的个位和十位signal hou2:std_logic_vector(3 downto 0);signal min1:std_logic_vector(3 downto 0);signal min2:std_logic_vector(3 downto 0);signal seth1:std_logic_vector(3 downto 0);signal seth2:std_logic_vector(3 downto 0);signal setm1:std_logic_vector(3 downto 0);signal setm2:std_logic_vector(3 downto 0);signal sec1:std_logic_vector(3 downto 0);signal sec2:std_logic_vector(3 downto 0);signal h1:std_logic_vector(3 downto 0);signal h2:std_logic_vector(3 downto 0);signal m1:std_logic_vector(3 downto 0);signal m2:std_logic_vector(3 downto 0);signal s1:std_logic_vector(3 downto 0);signal s2:std_logic_vector(3 downto 0);signal sph1,sph2,spm1,spm2,sps1,sps2:std_logic_vector(3 downto 0);signal count_sec:std_logic_vector(9 downto 0);signal sec_co:std_logic;signal co1,co2,co3,co4:std_logic; -进位signal switch:std_logic_vector(1 downto 0); -表示状态begin-process (clk) is-define a secondbeginif(clkevent and clk=1)thenif(count_sec=1111111111)thencount_sec=0000000000;sec_co=1;elsecount_sec=count_sec+1;sec_co=0;end if;end if;end process;-process(sec_co) is-秒个位beginif switch=00 then-正常状态if sec_co=1 thenif sec2=1001 thensec2=0000;co1=1;else sec2=sec2+1;co1=0;end if;end if;elsif switch=01 then-调时状态sec2=0000;end if;end process;-process (co1) is-秒十位beginif switch=00 thenif co1event and co1=1 thenif (sec1=0101)thensec1=0000;co2=1;elsesec1=sec1+1;co2=0;end if;end if;elsif switch=01 thensec1=0000;end if;end process;-process (co1,co2) is-分钟个位beginif switch=00 thenif co2event and co2=1 thenif min2=1001 thenmin2=0000;co3=1;elsemin2=min2+1;co3=0;end if;end if;elsif switch=01 thenmin2=setm2;end if;end process;-process (co3) is-分钟十位beginif switch=00 thenif co3=1 thenif min1=0101 then min1=0000;co4=1;elsemin1=min1+1;co4=0;end if;end if;elsif switch=01 thenmin1=setm1;end if;end process;-process(co4)-小时beginif switch=00 thenif co4=1 thenif (hou1=0010) then-小时十位为2时，个位满3进一if(hou2=0011)thenhou2=0000;hou1=0000;elsehou2=hou2+1;end if;else-小时十位为0或1，个位满9进一if(hou2=1001)thenhou2=0000;hou1=hou1+1;elsehou2=hou2+1;end if;end if;end if;elsif switch=01 thenhou1=seth1;hou2=seth2;end if;end process;-process (setclk(0) is-控制时钟状态，00正常，01调时，10闹钟beginif(setclk(0)event and setclk(0)=1)thenif(switch=10)thenswitch=00;elseswitch=switch+1;end if;end if;end process;process (setclk(2),switch,setclk(1) isbegin-setclk(1)为1调分if(switch=01 and setclk(1)=1)thenif(setclk(2)event and setclk(2)=1)thenif(setm2=1001)thensetm2=0000;if(setm1=0101)thensetm1=0000;elsesetm1=setm1+1;end if;elsesetm2=setm2+1;end if;end if;end if;end process;process (setclk(2),switch,setclk(1) isbegin-setclk(1)为0调时if(switch=01 and setclk(1)=0)thenif(setclk(2)event and setclk(2)=1)thenif(seth1=0010)thenif(seth2=0011)thenseth1=0000;seth2=0000;elseseth2=seth2+1;end if;elseif(seth2=1001)thenseth1=seth1+1;seth2=0000;elseseth2=seth2+1;end if;end if;end if;end if;end process;-process (switch) is-闹铃begin-设置闹铃时秒归零if switch=10 thensps1=0000;sps2=0000;end i