基于VHDL语言的数字秒表的实现

1、1 设计方案1. 1 􀀂 系统功能要求( 1) 具有时钟秒表系统功能要求显示功能, 用6个数码管分别显示时、分、秒; 计时范围为:00: 00： 00 23: 59：59。( 2) 计时精度是1s;( 3) 具有启/ 停开关, 复位开关, 可以在任何情况下使用。1. 2 􀀂 总体框图根据系统设计要求, 系统的底层设计主要由六十进制计数器模块、二十四进制计数器模块、分频模块、LED显示模块组成。系统顶层设计图如图所示：图中左边为三个输入信号en，clk，reset;分为启/ 停开关，时钟信号和复位开关。中间是从上倒下时count24，count60，count

2、60，fenpinqi;右边是clock1和输出信号wei3.0, led6.0。2 􀀂 模块功能设计由六十进制计数器模块、二十四进制计数器模块、分频模块执行计时功能, 输入信号是256 Hz，通过分频后为1hz，时钟信号是1 Hz 作为秒表的秒输入, 秒为60 进制计数器, 分也为60 进制计数器, 小时采用二十四进制计数器, 各级进位作为高位的使能控制。2. 1 六十进制计数器模块该模块部分VHDL 源程序如下:LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;ENTITY c

3、ount60 ISPORT( en,Reset,clk: in STD_LOGIC; qa: out STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); qb: out STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); rco: OUT STD_LOGIC); END count60;ARCHITECTURE a OF count60 ISBEGINprocess(clk)variable tma: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);variable tmb: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);beginIf Reset =&#

4、39;0'then tma:="0000" tmb:="0000" elsif clk'event and clk='1' thenif en='1' thenrco<=tmb(2)and tmb(0)and tma(3)and tma(0); if tma="1001" then tma:="0000" if tmb="0101" then tmb:="0000" else tmb:=tmb+1; end if; els

5、e tma:=tma+1; end if; end if; end if; qa<=tma;qb<=tmb; end process;END a;2. 2 二十四进制计数器模块该模块部分VHDL 源程序如下:LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;ENTITY count24 ISPORT( en,Reset,clk: in STD_LOGIC; qa: out STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); qb: out STD_LOGIC_VECTOR(3 D

6、OWNTO 0); END count24;ARCHITECTURE a1 OF count24 ISBEGINprocess(clk)variable tma: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);variable tmb: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);beginIf Reset = '0'then tma:="0000" tmb:="0000" else if clk'event and clk='1' then if en='1' then

7、if tma="1001" then tma:="0000"tmb:=tmb+1; elsif tmb="0010" and tma="0011" then tma:="0000"tmb:="0000" else tma:=tma+1; end if; end if; end if;end if; qa<=tma;qb<=tmb; end process;END a1;2. 3 分频器模块该模块部分VHDL 源程序如下:LIBRARY IEEE;USE IEEE.

8、STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY fenpinqi IS PORT (CLK,RST:in std_logic; CLK_OUT:out std_logic); END fenpinqi;ARCHITECTURE behav OF fenpinqi ISsignal clk_data:std_logic;SIGNAL CNT6 : INTEGER := 0;BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF RST = '0' THEN CNT6<=0 ; ELSIF CLK'E

9、VENT AND CLK='1' THEN IF CNT6=2 THEN clk_data<=NOT clk_data;CNT6<=0;ELSE CNT6<=CNT6+1; END IF; END IF; CLK_OUT<=clk_data; END PROCESS;END behav； 2. 4 LED显示模块该模块部分VHDL 源程序如下:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY clock1 IS PORT(CLK: IN STD

10、_LOGIC;S1, S2, S3, S4, S5, S6: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);WEI: OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);LED: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END ENTITY;ARCHITECTURE behave OF clock1 ISSIGNAL CNT6 : INTEGER RANGE 0 TO 5 := 0;SIGNAL SHUJU: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN PRO1:PROCESS(CLK)BEGINIF CLK&

11、#39;EVENT AND CLK = '1' THENCNT6 <= CNT6 + 1;CASE CNT6 ISWHEN 0 => WEI <= "000" SHUJU <= S1;WHEN 1 => WEI <= "001" SHUJU <= S2; WHEN 2 => WEI <= "010" SHUJU <= S3;WHEN 3 => WEI <= "011" SHUJU <= S4;WHEN 4 => WE

12、I <= "100" SHUJU <= S5;WHEN 5 => WEI <= "101" SHUJU <= S6;CNT6<=0;WHEN OTHERS => NULL;END CASE;END IF;END PROCESS;PRO2: PROCESS(SHUJU)BEGINCASE SHUJU ISWHEN "0000" => LED<= "1111110" ;WHEN "0001" => LED<= "011000

13、0" ; WHEN "0010" => LED<= "1101101" ; WHEN "0011" => LED<= "1111001" ; WHEN "0100" => LED<= "0110011" ; WHEN "0101" => LED<= "1011011" ; WHEN "0110" => LED<= "1011111&quo

14、t; ; WHEN "0111" => LED<= "1110000" ; WHEN "1000" => LED<= "1111111" ; WHEN "1001" => LED<= "1111011" ; WHEN others=> LED<= "0000000" ; END CASE;END PROCESS;END ; 3 仿真波形及分析 各部分模块完成后, 用Quartus 对程序编译、仿真、得到的仿真

15、波形,各模块仿真波形及顶层仿真波形如下：3.1 六十进制计数器模块仿真图1-1图1-2图1-1、图1-2均为二十四进制计数器仿真波形图CLK：时钟信号 RST：复位信号 低电平清零 En：置数端 低电平不让它继续计数qb、qa：分别为输出数的十位个位，qb取值范围为0-5，qa取值范围为0-9rco：进位信号，当qb=5，qa=0, rco=0时，clk上升沿来到后，qb=0, qa=0, rco=1； 当qb=5，qa=0, rco=1时，clk上升沿来到后，qb=0, qa=0, rco=03.2 二十四进制计数器模块仿真图2-1图2-2图2-1，图2-2 均为二十四进制计数器仿真波形图C

16、LK：时钟信号 RST：复位信号 低电平清零 En：置数端 低电平不让它继续计数qb、qa：输出的四位二进制数，分别对于要输出数的十位个位3.3 分频器模块仿真因时钟脉冲（为256hz）通过分频器256分频后频率（为1hz），仿真波形显示前一小段，不能看出输出规律，所以做仿真是用3分频后的波形，真正在实验箱上验证是再改。图3-1CLK：输入分频前的时钟信号 RST：复位信号 低电平清零Clkout：输出分频后的时钟信号 3.4 LED显示模块仿真Clk：时钟信号s1，s2，s3，s4，s5，s6:输入的的四位二进制数led：输出的七位二进制数，对应数码管脚的输出gfedcbawei:输出的三位

17、而进制数（输出范围为000-101），控制led输出，当wei=000时，led输出s1对应的十进制数的数码管脚gfedcba当wei=001时，led输出s2对应的十进制数的数码管脚gfedcba当wei=010时，led输出s3对应的十进制数的数码管脚gfedcba当wei=011时，led输出s4对应的十进制数的数码管脚gfedcba当wei=100时，led输出s5对应的十进制数的数码管脚gfedcba当wei=101时，led输出s6对应的十进制数的数码管脚gfedcba3.5 顶层仿真因时钟脉冲（为256hz）通过分频器256分频后频率（为1hz），仿真波形显示前一小段，不能看出输出规律，所以做仿真是