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文档简介

1、自动打铃系统设计说明书学 生 姓 名: 罗 衡学 号 业 班 级:电子09-2BF报告提交日期:2011-11-28湖 南 理 工 学 院 物 电 学 院目 录一、题目及要求简介·································

2、··············11. 设计题目··································

3、3;·················12.总体要求简介·······························&

4、#183;················1二、设计方案说明·······························

5、3;·················1三、各部分功能介绍及程序······························

6、83;········21.系统框图········································&#

7、183;···········22.选择的FPGA芯片及配置····································

8、;···23.各模块(元件)说明··········································2四、仿真结果·

9、3;·················································

10、3;·41.计时进位···············································

11、83;····42.手动校时············································&#

12、183;·······53.六点整闹铃·········································

13、·········5五、说明········································&

14、#183;·················51.输入激励信号说明······························&#

15、183;·············52.输出结果说明···································

16、;·············6六、源程序····································

17、;····················61.顶层模块····························

18、3;·······················62. 模式控制子模块·························

19、;·····················73. 计时及调整子模块···························

20、;·················84. 闹铃及调整子模块·······························

21、;·············105. 显示子模块···································&

22、#183;··············11七、参考文献··································

23、;···················14一、设计题目及要求简介1.设计题目基于FPGA的自动打铃系统的设计与实现2.总体要求简介(1)基本计时和显示功能 24小时制显示 动态扫描显示 显示格式:88-88-88(2)能设置当前时间(含时、分)(3)能实现基本打铃功能,上午06:00起床铃,打铃5秒2、 设计方案说明本系统采用自顶向下的模块化设计方法,将数字闹钟按照功能实现分为模式控制模块、计时及调整模块

24、、闹铃及调整模块、显示模块。系统调整部分软件控制流程示意图如图2-1所示。开始mode120校时功能闹铃功能计时功能调整小时LD_hour亮调整小时turn切换切换LD_min亮调整分钟调整分钟changeLD_alert亮返回计时返回计时图2-13、 各部分功能介绍及程序1.系统框图顶层电路主要由FPGA实现,输出信号接到八位数码管、LED指示灯及扬声器上,系统框图如图3-1所示。Altera AlertLD_alertLD_hourLD_minseldecodeoutclkclk_1k mode turn change顶层模块八位数码管显示模块图3-12. 选择的FPGA芯片及配置本系统选

25、择ACEX1K系列的EP1K10TC100-3芯片,由于FPGA器件是基于SRAM结构的,具有易失性,在此采用被动串行配置(PS)方式,由外部的计算机控制配置过程,使用USB-Blaster下载电缆下载程序。3.各模块(元件)说明3.1 顶层文件端口说明module alarmclock(clk,clk_1k,mode,change,turn,sel,decodeout,alert,LD_alert,LD_hour,LD_min);input clk,clk_1k,mode,change,turn;output alert,LD_alert,LD_hour,LD_min;output2:0 s

26、el;output7:0 decodeout;reg7:0 hour,min,sec,hour1,min1,sec1,ahour,amin;reg1:0 m,fm,num1,num2,num3,num4;reg1:0 loop1,loop2,loop3,loop4,sound;reg LD_alert,LD_hour,LD_min;reg clk_1HZ,clk_2HZ,minclk,hclk;reg alert1,ear;reg count1,count2,counta,countb;wire ct1,ct2,cta,ctb,m_clk,h_clk;reg 2:0 sel;reg 7:0 d

27、ecodeout;3.2 顶层文件引脚映射说明输入引脚5个,输出引脚15个,映射关系如图3-2所示。图3-23.23各子模块说明模式控制子模块此模块通过mode信号0、1、2三种状态的控制,使系统分别在计时、闹铃、校时三种模式下工作。计时及调整子模块当mode信号为0时,在基准时钟信号clk下,系统按60进制加1计时;当mode信号为2时,若检测到turn信号的脉冲时,在校对小时和分钟之间作切换,当前的调整状态可通过LD_hour或LD_min指示灯查看,change信号每来一个脉冲,计数器加1,这样可以将系统当前的时间调到任意时刻。闹铃及调整子模块此模块下,mode信号为2,当检测到turn

28、信号的脉冲时,闹铃定时在小时和分钟之间作切换,当前的调整状态可通过LD_hour或LD_min指示灯查看,change信号每来一个脉冲,计数器加1,这样可以给系统设置任意时刻的闹铃,设置完成之后LD_alert指示灯会常亮(注:此模块程序中已经加入了六点整闹铃控制语句)。显示子模块此模块用于将实时时间(包括调整过程中时钟的状态)输出到八位数码管中,通过sel信号位选的控制动态扫描显示当前时钟。4、 仿真结果1. 计时进位(以23:59:59为例)当秒计时满59时,向分钟进位并重新开始计时;当分钟计时满59时,向小时进位并重新开始计时;当小时计时满23时,清零并重新开始计时,23:59:59时刻

29、后从00:00:00重新开始计时,仿真波形如图4-1所示。图4-12. 手动校时(以06:05为例)给mode输入2个连续的高脉冲使系统进入校时模式,再给change输入6个连续高脉冲使小时调到六点,此过程中LD_hour指示灯亮,再给turn一个高脉冲切换到调分钟状态,再给change输入5个连续高脉冲使小时调到五分钟,此过程中LD_min指示灯亮,再给mode一个高脉冲回到计时模式,此后系统从06:05分开始计时,仿真波形如图4-2所示。图4-23. 六点整闹铃闹铃指示灯LD_alert常亮表明已经设置闹铃,06:00开始闹铃5秒,仿真波形如图4-3所示。图4-3五、说明1.输入激励信号说

30、明clk:标准时钟信号;clk_1k:数码管扫描时钟;mode:功能模式控制信号,为0:计时功能;为1:闹铃功能;为2:校时功能;turn:接按键,在手动校时功能时,选择调整小时/分钟;change:接按键,手动调整时,每按一次,计数器加1;2. 输出结果说明alert:输出到扬声器的信号,用于产生闹铃声;sel:数码管位选信号,选择当前要显示的位置;decodeout:数码管段选信号,显示当前数字;LD_alert:接LED,灯亮表示设置了闹铃;LD_hour:接LED,灯亮表示正在调整小时;LD_min:接LED,灯亮表示正在调整分钟。六、源程序1、 顶层电路模块module alarmc

31、lock(clk,clk_1k,mode,change,turn,sel,decodeout,alert,LD_alert,LD_hour,LD_min);input clk,clk_1k,mode,change,turn;output alert,LD_alert,LD_hour,LD_min;output2:0 sel;output7:0 decodeout;reg7:0 hour,min,sec,hour1,min1,sec1,ahour,amin;reg1:0 m,fm,num1,num2,num3,num4;reg1:0 loop1,loop2,loop3,loop4,sound;r

32、eg LD_alert,LD_hour,LD_min;reg clk_1HZ,clk_2HZ,minclk,hclk;reg alert1,ear;reg count1,count2,counta,countb;wire ct1,ct2,cta,ctb,m_clk,h_clk;reg 2:0 sel;reg 7:0 decodeout;/调用子模块modecontrol modecontrol(mode,change,turn,m,count1,count2,counta,countb);timer timer(m,clk,count1,counta,turn,hour1,min1,sec1)

33、;bell bell(clk,ear,ct2,ctb,alert1,hour1,min1,sec1,ahour,amin);display display(m,hour1,min1,sec1,ahour,amin,sel,decodeout);endmodule2.模式控制子模块module modecontrol(mode,change,turn,m,count1,count2,counta,countb);input mode,change,turn;output m,count1,count2,counta,countb;reg count1,count2,counta,countb;r

34、eg LD_hour,LD_min;reg fm,m;always (posedge mode) /控制系统在三种功能间转换begin if(m = 2) m <= 0;else m <= m+1; end always (posedge turn)fm<= fm;always /产生count1,count2,counta,countb四个信号begincase(m)2:begin if(fm) /校时模式begin count1 <= change; LD_min,LD_hour <= 2; endelsebegin counta <= change;

35、LD_min,LD_hour <= 1; endcounta,countb <= 0; end1:begin if(fm) /闹铃模式 begin count2 <= change; LD_min,LD_hour <= 2; endelse begin countb <= change; LD_min,LD_hour <= 1; end count1,countb <= 2'b00; end default:count1,count2,counta,countb,LD_min,LD_hour <= 0; /计时模式 endcaseende

36、ndmodule3.计时及调整子模块module timer(m,clk,count1,counta,turn,hour1,min1,sec1);input m,clk,count1,counta,turn;output7:0 hour1,min1,sec1;reg1:0 num3,num4,loop3,loop4;reg ct1,cta;reg clk_1HZ,clk_2HZ,minclk,hclk,m_clk,h_clk;always (posedge clk)clk_2HZ<=clk_2HZ;always (posedge clk_2HZ) clk_1HZ<=clk_1HZ;

37、always (negedge clk)if(count1)begin if(loop3 = 3) num3 <= 1;else begin loop3 <= loop3+1;num3 <= 0; endendelse begin loop3 <= 0; num3 <= 0; endalways (negedge clk)if(counta)begin if(loop4 = 3) num4 <= 1;else begin loop4 <= loop4 + 1; num4 <= 0; endendelse begin loop4 <= 0;n

38、um4 <= 0; endassign ct1=(num3&clk)|(!num3&m_clk);/ct1用于及计时、较时中的分钟计数assign cta=(num4&clk)|(!num3&h_clk);/cta用于及计时、较时中的小时计数always (posedge clk_1HZ) /秒计时和秒调整进程if(!(sec18'h59)|turn&(!m)begin sec1 <= 0; if(!(turn&(!m) minclk <= 1; end /按住"turn"秒信号清0else begi

39、n if(sec13:0 = 4'b1001)begin sec13:0 <= 4'b0000; sec17:4 <= sec17:4 + 1;end else sec13:0 <= sec13:0 + 1; minclk <= 0; end assign m_clk = minclk | count1;always (posedge ct1)/分计时和分调整进程beginif(min1 = 8'h59) begin min1 <= 0;hclk <= 1; endelse begin if(min13:0 = 9)begin min

40、13:0 <= 0; min17:4 <= min17:4 + 1; endelse min13:0 <= min13:0 + 1; hclk <= 0;endendassign h_clk = hclk | counta;always (posedge cta)/小时计时和小时调整进程 if(hour1 = 8'h23) hour1 <= 0; elseif(hour13:0 = 9)begin hour17:4 <= hour17:4 + 1; hour13:0 <= 0; endelse hour13:0 <= hour13:0 +

41、 1; endmodule4.闹铃及调整子模块module bell(clk,ear,ct2,ctb,alert1,hour1,min1,sec1,ahour,amin);input clk,ct2,ctb,count2,countb;outputalert,ahour,amin;reg1:0 num1,num2,loop1,loop2;reg7:0 ahour,amin;reg ct2,ctb;reg alert,alert1,ear,sound;always (posedge clk)begin if(sound = 3) begin sound <= 0;ear<=1; en

42、d /ear用于产生或屏蔽声音信号else begin sound <= sound + 1;ear <= 0; end endalways (negedge clk) /如果长按"change"信号,则生成num1信号用于连续快速加1 if(count2)begin if(loop1 = 3) num1 <= 0;else begin loop1 <= loop1 + 1;num1 <= 0; endendelse begin loop1 <= 0; num1 <= 0; endalways (negedge clk)if(cou

43、ntb)beginif(loop2 = 3)num2 <= 1;else begin loop2 <= loop2+1;num2 <= 0;endendelse begin loop2 <= 0; num2 <= 0; endassign ct2 = (num1&clk)|(!num1&count2);/ct2用于定时状态下调整分钟信号assign ctb = (num2&clk)|(!num2&countb);/ctb用于定时状态下调整小时信号always (posedge ct2)/闹钟定时功能中的分钟调整进程if(amin =

44、 8'h59) amin <= 0;elseif(amin3:0 = 9)begin amin7:4 <= amin7:4 + 1; amin3:0 <= 0; endelse amin3:0 <= amin3:0 + 1; always (posedge ctb)/闹钟定时功能中的小时调整进程if(ahour = 8'h23) ahour <= 0;elseif(ahour3:0 = 9)begin ahour7:4 <= ahour7:4 + 1; ahour3:0 <= 0; endelse ahour3:0 <= ahou

45、r3:0 + 1; always begin ahour=8'h06;amin=8'h00;asec=8'h00; endalways /六点钟闹铃,持续5秒 begin if(hour1=ahour)&&(min1=8'h00)&&(sec1<8'h05) alert1<=1; else alert1<=0; end assign alert=(alert1)?clk_1k&clk:0); /产生闹铃音 Endmodule5.显示子模块module display(m,hour1,min1,sec1,ahour,amin,sel,decodeout);input7:0 hour1,min1,sec1,

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