VHDL语言数字秒表设计

1、北 华 航 天 工 业 学 院EDA技术综合设计课程设计报告报告题目： 数字秒表设计 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 自动化专业 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 2011年12月2日 内 容 摘 要应用VHDL语言设计数字系统，很多设计工作可以在计算机上完成，从而缩短了数字系统的开发时间。我们尝试利用VHDL为开发工具设计数字秒表。秒表的逻辑结构较简单，它主要由十进制计数器、六进制计数器、数据选择器、和显示译码器等组成。在整个秒表中最关键的是如何获得一个精确的100HZ计时脉冲，除此之外，整个秒表还需有一个启动信号和一个清零信号，以便秒表能随

2、意停止及启动。 秒表有共有6个输出显示，分别为百分之一秒、十分之一秒、秒、十秒、分、十分，所以共有6个计数器与之相对应，6个计数器的输出全都为BCD码输出，这样便与同显示译码器连接。关键词: VHDL，数字钟，MAX+plusII，时序仿真图。 目 录1、 实验目的1二、硬件要求1三、方案论证1四、模块说明11. 六进制计数器12. 十进制计数器23. 蜂鸣器34. 译码器45. 控制器56. 顶层文件8五、整体连接图9六、实验步骤10七、实验结果10八、实验总结10九、参考文献10 课程设计任务书课题名称数字秒表完成时间12.02指导教师职称学生姓名班 级总体设计要求和技术要点设计要求：秒表

3、共有6个输出显示，分别为百分之一秒、十分之一秒、秒、十秒、分、十分，所以共有6个计数器与之相对应，6个计数器的输出全都为BCD码输出，这样便于和显示译码器的连接。当计时达60分钟后，蜂鸣器鸣响10声。除此之外，整个秒表还需有一个启动信号和一个归零信号，以便秒表能随意停止及启动。设计要点：秒表的逻辑结构较简单，它主要由显示译码器、分频器、十进制计数器、六进制计数器和报警器组成。在整个秒表中最关键的是如何获得一个精确的100HZ计时脉冲。工作内容及时间进度安排工作内容：在软件上编辑、编译程序，并仿真到达实验要求。进度安排;课下编写程序，并要求程序能通过编译仿真；第十四周的周三在实验板上下载调试程序

4、；周四课设答辩课程设计成果1与设计内容对应的软件程序2课程设计报告书3成果使用说明书一、 实验目的 学习使用VHDL语言，以及EDA芯片的下载仿真二、硬件要求（1）主芯片EPF10K10LC84-4。（2）蜂鸣器。（3）8位八段扫描共阴极数码显示管。（4）二个按键开关（清零，开始）。三、方案论证数字秒表计时控制电路控制状态机计时电路显示电路分频电路计数器六进制计数器扫描电路七段译码器十进制计数器 系统组成框图四、模块说明时钟的设计共化分为6个模块：六进制计数器（count6），十进制计数器（count10），报警电路（bs），扫描电路（seltime），译码电路（ym）。下面具体分析各个模块的

5、原理、内容和功能。（1）六进制计数器(count6)能够实现6进制循环计数，带有清零端stop、开始端start、时钟信号端clk、其文本语言（文件名：count6.vhd）为底层文本，图1为六进制计数器的仿真波形图。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity count6 is port (clk,clr,start:in std_logic; daout:out std_logic_vector(3 downto 0); cout:buffer std_logic );end

6、 count6;architecture behave of count6 is signal temp:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(clk,clr) begin if clr='1' then temp<="0000" cout<='0' elsif clk'event and clk='1' then if start='1'then if temp="0101" then temp<="0000

7、" cout<='1' else temp<=temp+1；cout<='0' end if; elsif start='0' then temp<=temp；cout<=cout; end if; end if; end process;daout<=temp; end behave;图1. 六进制计数器的仿真波形（2）十进制计数器（COUNT10）能够实现10进制循环计数，带有清零端stop、开始端start、时钟信号端clk、其文本语言（文件名：COUNT10.vhd）为底层文本，图2为十进制计

8、数器的仿真波形图library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity count10 is port (clk,clr,start:in std_logic; daout:out std_logic_vector(3 downto 0); cout:buffer std_logic );end count10;architecture behave of count10 is signal temp:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(clk

9、,clr) begin if clr='1' then temp<="0000" cout<='0' elsif clk'event and clk='1' then if start='1'then if temp="1001" then temp<="0000" cout<='1' else temp<=temp+1; cout<='0' end if; elsif start='0&

10、#39; then temp<=temp；cout<=cout; end if; end if; end process;daout<=temp; end behave;图2. 十进制分计数器的仿真波形（3）蜂鸣器library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity alarm isport(clk,I:in std_logic; q:out std_logic );end alarm;architecture ar of alarm issignal n:integer

11、 range 0 to 20;signal q0:std_logic;beginprocess(clk)begin if clk'event and clk='1' thenif i='0' then q0<='0'n<=0;else if n<=19 then q0<=not(q0);n<=n+1;else q0<='0'n<=0;end if;end if;end if;end process;q<=q0;end ar;（4）译码器library ieee; use ie

12、ee.std_logic_1164.all; entity ym is port(num:in std_logic_vector(3 downto 0); led:out std_logic_vector(6 downto 0); end ym ; architecture a of ym is begin process(num) begin case num is when"0000"=>led<="0111111" when"0001"=>led<="0000110" when&quo

13、t;0010"=>led<="1011011" when"0011"=>led<="1001111" when"0100"=>led<="1100110" when"0101"=>led<="1101101" when"0110"=>led<="1111101" when"0111"=>led<="0100

14、111" when"1000"=>led<="1111111" when"1001"=>led<="1101111" when others=>led<="0000000" end case; end process; end a;（5）控制器library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity seltime is port(clr,clk:

15、in bit; dain0,dain1,dain2,dain3,dain4,dain5: in std_logic_vector(3 downto 0); sel: out std_logic_vector(2 downto 0); daout: out std_logic_vector(3 downto 0);end seltime;architecture b of seltime is signal temp:integer range 0 to 5;begin process(clk) begin if clr='1' then daout<="0000

16、"；sel<="000"；temp<=0; else if clk'event and clk='1' then if temp=5 then temp<=0; else temp<=temp + 1; end if; end if; case temp is when 0=>sel<="000"daout<=dain0; when 1=>sel<="001"daout<=dain1; when 2=>sel<="010

17、"daout<=dain2; when 3=>sel<="011"daout<=dain3; when 4=>sel<="100"daout<=dain4; when 5=>sel<="101"daout<=dain5; end case; end if; end process;end b;（6）整个的例话语句library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee

18、.std_logic_unsigned.all;entity chengpin isport( stop,clk,clk2,start:in std_logic; sel :out std_logic_vector(2 downto 0); a,b,c,d,e,f,g :out std_logic; speak :out std_logic);end chengpin;architecture c of chengpin iscomponent count10 port( clk,clr,start: in std_logic; daout :out std_logic_vector(3 do

19、wnto 0); cout :out std_logic);end component;component count6 port( clk,clr,start:in std_logic; daout :out std_logic_vector(3 downto 0); cout :out std_logic);end component;component seltime port( clr,clk :in std_logic; dain1 :in std_logic_vector(3 downto 0); dain2 :in std_logic_vector(3 downto 0); da

20、in3 :in std_logic_vector(3 downto 0); dain4 :in std_logic_vector(3 downto 0); dain5 :in std_logic_vector(3 downto 0); dain6 :in std_logic_vector(3 downto 0); sel :out std_logic_vector(2 downto 0); daout :out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component alarm port( clk,i :in std_logic; q :out

21、 std_logic);end component;component ym port( num :in std_logic_vector(3 downto 0); led :out std_logic_vector(6 downto 0);end component;component cfq port( clk,d :in std_logic; y :out std_logic);end cfq;beginsignal count_cout :std_logic_vector(6 downto 0);signal daout1,daout2,daout3,daout4,daout5,dao

22、ut6,daout7:std_logic_vector(3 downto 0);signal ledout :std_logic_vector(6 downto 0);begina=>ledout(0);b=>ledout(1);c=>ledout(2);d=>ledout(3);e=>ledout(4);f=>ledout(5);g=>ledout(6);u1: count10 port map(clk,stop,start,daout1,count_cout(0);u2: count10 port map(count_cout(0),stop,st

23、art,daout2,count_cout(1);u3: count10 port map(count_cout(1),stop,start,daout3,count_cout(2);u4: count6 port map(count_cout(2),stop,start,daout4,count_cout(3);u5: count10 port map(count_cout(3),stop,start,daout5,count_cout(4);u6: count6 port map(count_cout(4),stop,start,daout6,count_cout(5);u7:cfq po

24、rt map(clk2,count_cout(5),count_cout(6);u7:seltime port map(stop,clk,daout1,daout2,daout3,daout4,daout5,daout6,sel,daout7);u8: ym port map(daout7,ledout);u9: alarm port map(clk,count_cout（6）,speak);end c;五、数字钟的整体连接图9 图6. 数字钟各个模块连接示意图六、实验步骤（1）安装MAX+plus软件，为本项设计建立文件夹。（2）输入设计项目的各个模块，存盘检查，编译并仿真至无误。（3）调用底层文件的各个模块，连接整体原理图，进行存盘检查，编译仿真至无误。（4）将PC机与试验箱进行连接选择器件并锁定引脚，然后进行编译下载。（5）按照锁定好的引脚进行连线，进行硬件测试，验证仿真和测试结果。七、实验结果 通过硬件测试，得到如下测试结果：（1）数码管能够正确显示时钟数字。（2）给复位端（reset）低电平时，能够进行复位。（3）给手动调时（sethour）调分（setmin）信号端高