数字时钟的VHDL设计

1、数字系统设计与硬件描述语言期末考试作业姓名:赵洋题目数字时钟的VHDL设计学院:信息学院专业:物联网工程学号:30112042862013-11-06选题设计描述1.功能介绍设计一台能显示时、分、秒的数字钟。由时钟信号经分频产生秒脉冲;计时计数器用24进制计时电路;可手动校时，能分别进行时、分的校正;具有整点报时功能。2.算法简介设计原理图1数字钟的系统框图该系统由振荡器、分频器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、 整点报时电路等组成。振荡器和分频器产生整个系统的时基信号，它直接决定计时系统 的精度。“秒计数器”采用六十进制计数器，每累计 60秒向“分计数器”进位；“分计数器”采

2、用六十进制计数器，每累计 60分向“时计数器”进位；“时计数器”采用二十四进制计数器，按照“ 24翻1 ”规律计数。“时、分、秒”计数器的输出经译码器送显 示器显示。校时电路用来当计时出现误差时对“时、分、秒”进行校对调整。设计过程1.设计思路时钟脉冲信号作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满 60后向小时计数器进位，小时计数器是计满 24后，系统自动复位重新开始计数。计数器的输出经译码电路后送到显示器显示。可以用 校时电路进行校时。2.数字钟的设计方案数字钟的设计包括编码模块、分频模块、秒计时模块、分计时模块、小时计时模块和报时模块。该

3、数字钟可以实现 3个功能：计时功能、报时功能和设置时间功能。2.1.编码模块编码模块主要是对时（sethour ）、分（setmin ）、秒（setsec）的设置输入。22.分频模块在数字钟的设计中，外部输入时钟信号clk1的频率为8hz，其分频后的频率为elk，使其分频结果为1hz，用来提供给秒计时模块、分计时模块、小时计时模块。2.3.秒计时模块将“秒计时脉冲” elk接信号源单元的1HZ脉冲信号，此时秒显示将从00计时到 59，然后回到00，重新计时。在秒位进行计时的过程中。秒计时器是由一个60进制的计数器构成的，具有置数和计数功能。其中rst为置数信号，当rst为1时，秒计时器置数。e

4、lk为驱动秒计时器的时钟，seci、sec0为秒 计时器的高位和低位输出。2.4.分计时模块分计时电路：将“分计时脉冲” elk接信号源单元的1HZ脉冲信号，此时分显示将从00计时到59，然后回到00，重新计时。在分位进行计时的过程中。分计时器是由一个60进制的计数器构成的，具有置数和计数功能。其中rst为置数信号，当rst为1时，分计时器置数。mini、min0为分计时器的高位和低位输出。2.5.小时计时模块将“小时计时脉冲” elk接信号源单元的1HZ脉冲信号，此时小时显示将从 00计时到24，然后回到00，重新计时。时计时器是由一个24进制的计数器构成的，具有置数和计数功能。其中的 rs

5、t为置数信号，当rst为1时，时计时器置数。hri、hr0为时计时器的高位和低位输出。3.2.6,报时模块当分位到59时，秒位计到51秒、53秒、55秒、57秒、59秒时报时一次，而后 小时位加1。程序源代码及说明源程序数字钟整体程序整个程序分为五个部分，分别为分频部分、校时部分、秒部分、分部分、小时部分。VHDL程序如下:library IEEE;use lEEE.STD LOGIC 1164.ALL;use IEEE.STD LOGIC ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;en tity clock_24 isPort (clk1:inSTD

6、_LOGIC;-时钟rst : inSTD_LOGIC;-复位，高有效sethr:inSTD_LOGIC;-小时设置，增加1setmin :inSTD_LOGIC;-分钟设置setsec:inSTD_LOGIC;-秒设置hrO:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-小时个位hr1:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-小时十位mi nO:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-分钟个位mi n1:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-分钟十位sec0:outSTD_LOGIC_

7、VECTOR(3 dow nto 0);-秒个位sec1:outSTD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);-秒十位sp eak:outSTD_LOGIC-报时输出);end clock_24;architecture rtl of clock_24 is sig nal co_secO: STD_LOGIC;-秒个位计数溢出标示signalco sec1: STD LOGIC;signalco_mi nO: STD_LOGIC;signalco_mi n1: STD_LOGIC;signalco_hr0: STD_LOGIC;sig nal cnt_sec0: STD_LOG

8、IC_VECTOR(3 dow nto 0);-秒个位计数器sig nal cnt_sec1: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_m in0: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_mi n1: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_hr0: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal cnt_hr1: STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);sig nal state_hour:STD_LOGIC_V

9、ECTOR(1 dow nto0);-小时个位当前状态，当state_hour="00","01" 时，cnt_hr0 计数从 0 到 9，当state_hour="10"时,cnt_hr0 计算从0到3.beg in coun ter_seco nd0:- 秒个位计数器p rocess(clk1,rst,setsec) beg inif(rst='1') the n-异步复位如果秒计数脉冲上升沿到来cn t_sec0<="0000"elsif(clk1'eve nt and clk1

10、-1')the n-if(setsec='1')the n-如果秒设置按下，则秒计数器增加1if(c nt_sec0>="1000") thencnt sec0<=cnt sec0-"1000"elsecnt sec0<=cnt sec0+"0010"end if;elseif(cnt_sec0="1001")then-如果 cnt_sec0 计数到 9，则将 cnt_sec0=0;cn t_sec0<="0000"else-否则将 cnt_sec

11、0 增加 1;cn t_sec0<=c nt_sec0+"0001"-否则计数器加 1end if;end if;if(cnt_sec0="1000") the n-产生进位标志co_secOv-1'elseco_sec0<='0'end if;end if;end p rocess coun ter_sec ondO;coun ter_sec on d1:- 秒十位计数器p rocess(clk1,rst) beg inif(rst='1') thencn t_sec1<="0000&

12、quot;elsif(clk1'eve nt and clk1-1')thenif(co_sec0-1')thenif(cnt_sec1="0101")then-如果溢出则置 0cn t_sec1<="0000"elsecnt sec1<=cnt sec1+"0001"-否则计数器加 1end if;end if;产生进位标志if(cnt_secO="1OOO" a nd cn t_sec仁"0101")the n-co_sec1v-1'elseco_

13、sec1<='0'end if;end if;end p rocess coun ter_sec ond1;coun ter_mi niute0:-分个位计数器p rocess(clk1,rst,setmi n) beg inif(rst='1') thencn t_mi n0 <="0000"elsif(clk1'eve nt and clk1='1')thenif(setmi n='1')the ncnt_mi n0v=cnt_mi n0+"0001"end if;c

14、n t_mi n0 <="0000"if (co_sec1-1')thenif(cnt_min0="1001")then-如果溢出则置 0elsecn t_mi n0 v=c nt_mi n13+"0001"-否则计数器加 1end if;end if;if(cnt_mi nO="1OO1" and cnt_secO="1OOO" a nd cn t_sec仁"0101")the n-生进位标志co_mi nO <='1'elseco_m

15、inOv='O'end if;end if;end p rocess coun ter_m ini uteO;coun ter_mi niute1:-分十位计数器p rocess(clk1,rst) beg inif(rst='1') thencn t_mi n1v="0000"elsif(clk1'eve nt and clk1-1')thencn t_mi n1v="0000"if(co_mi nO-1')thenif(c nt_mi n仁"O1O1")the n-如果溢出则

16、置0elsecn t_mi n1v=c nt_mi n1+"0001"-否则计数器加 1end if;end if;if(cnt_min仁"0101"and cnt_min0="1001"and cnt_sec0="1000" andcnt_sec1="0101")the n-产生进位标志co_mi n1v='1'elseco_m in 1<='0'end if;end if;end p rocess coun ter_m ini ute1;coun ter

17、_hourO:-小时个位计数器p rocess(clk1,rst,sethr) beg inif(rst='1') thencn t_hrOv="OOOO"state_hour<="00"elsif(clk1'eve nt and clk1='1')thenif(sethr='1')thencnt_hrO<=c nt_hrO+"OOO1"end if;case state hour iswhen "00"=>-如果当前是00 , cnt_hr

18、0的计数范围从09 if (co_mi n仁'1')thenif(cnt_hr0="1001")then- 如果溢出则置 0cn t_hr0v="0000"state_hourv="01"elsecnt hr0<=cnt hr0+"0001"-否则计数器加 1end if;end if;if(c nt_hr0="1001"and cn t_mi n仁"0101" a ndcn t_mi n0="1001"andcnt_sec0=&qu

19、ot;1000" and cnt_sec1="0101")thenco_hr0<='1'- 产生进位标志elseco_hr0<='0'end if;when "01"=>-如果当前是01，cnt_hr0的计数范围从09cn t_hr0<="0000"if (co_mi n仁'1')thenif(cnt_hr0="1001")then- 如果溢出则置 0state_hourv="10"elsecnt hr0<=

20、cnt hr0+"0001"-否则计数器加 1end if;end if;if(cn t_hr0="1001"and cn t_mi n仁"0101" a ndcn t_mi n0="1001" and cnt_sec0="1000" and cnt_sec1="0101")thenco_hr0<='1'elseco_hr0<='0'end if;when "10"=>-如果当前是10 , cnt_hr0的

21、计数范围从03 if (co_mi n仁'1')thenif(cnt_hr0="0011")then- 如果溢出则置 0cn t_hr0<="0000"state_hour<="00"elsecnt hr0<=cnt hr0+"0001"-否则计数器加 1end if;end if;cn t_mi n0="1001"andif(cn t_hrO="OO11"and cn t_mi n仁"0101" a ndcnt_secO

22、="1OOO" and cnt_sec仁"0101")thenco_hrOv='1'- 产生进位标志elseco_hrO<='O'end if;whe n others=>state_hour<="OO"end case;end if;end p rocess coun ter_hourO;cou nter_hour1:-小时十位计数器p rocess(clk1,rst) beg inif(rst='1') thencn t_hr1<="OOOO&quo

23、t;elsif(clk1'eve nt and clk1='1')thencn t_hr1<="OOOO"if(co_hrO='1')thenif(c nt_hr仁"OO1O")the n-如果溢出则置0elseent hr1<=cnt hr1+"0001"end if;end if;end if;end p roeess coun ter_hour1;-在*-59-5*的时候speak=1，否则等于0with(cnt_mi n仁"0101" and ent_mi n0="1001" and cn t_sec仁"0101") select sp eak<='1' whe n TRUE,'0' whe n others;-将计数器的值赋给相应的输出引脚 hr0<=c nt_hr0;hr1<=c nt_hr1;min0 v=c nt_min0;min 1<=c nt_mi n1;sec0<=c nt_sec0;sec1<=c nt_sec1;end rtl;仿真结果及分析整体仿真结果如下El 3? reIllijiw Q；3C-13-J3I庶卩He