vhdl课程设计电子钟+闹铃

1、数字钟的设计一、系统功能概述（一）、系统实现的功能：1、具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示（小时从 00 23 ）。2、具有手动校时、校分、校秒的功能。3、有定时和闹钟功能，能够在设定的时间发出闹铃声。4、能进行整点报时。从 59分 50秒起，每隔 2秒发一次低音“嘟”的信号，连 续 5 次，最后一次为高音“嘀”的信号。（二）、各项设计指标：1显示部分采用的6个LED显示器，从高位至低位分别显示时、分、秒。2、有一个设置调闹钟定时时间、正常时间的按钮，选择调的对象。3、有三个按钮分别调时、分、秒的时间。4、有一个按钮用作开启 / 关闭闹铃。5、另外需要两个时钟信号来给系统提供脉冲信号，

2、使时钟和闹钟正常工作，分别为1Hz、1kHz的脉冲。二、系统组成以及系统各部分的设计1、系统结构描述 / 要求：系统（或顶层文件）结构描述，各个模块（或子程序） 的功能描述；（一） 系统的顶层文件：1、 顶层文件图：（见下页）2、 各模块的解释：1）、7 个输入量 clk_1khz 、clk_1hz 、key_slt 、key_alarm 、sec_set 、min_set 、hour_set ：其中 clk_1khz 为闹铃模块提供时钟，处理后能产生“嘟” 、“嘀”和变化的 闹铃声音； clk_1hz 为计时模块提供时钟信号，每秒计数一次； key_slt 选择设 置对象： 定时或正常时间；

3、 key_alarm 能够开启和关闭闹铃； sec_set 、min_set 、 hour_set 用于设置时间或定时，与 key_slt 相关联。各按键输出为脉冲信号。（2）、CNT60_A_SE模块：这个模块式将 clk_1hz 这个时钟信号进行 60 进制计数，并产生一个分钟的触发信号。该模块能将当前计数值实时按 BCD码的格式输出。将该输出接到两位 LED数码后能时时显示秒的状态。通过alarm_clk可以选择设置对象为时间还是 定时值。在设置时间模式上， key 上的一个输入脉冲可以将 clk 的输入信号加一。 在设置定时模式上， key 上的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲 clk

4、 的状态。同时该模块具有两个输出口 out_do 、 out_di 来触发整点报时的“嘟” 、“嘀”声音。(3) 、CNT60_A_MlN模块:这个模块式将CNT60_A_SE的输出信号进行60进制计数，并产生一个时位 的触发信号。该模块能将当前计数值实时按 BCD码的格式输出。将该输出接到两 位 LED 数码后能时时显示分的状态。 通过 alarm_clk 可以选择设置对象为时间还 是定时值。在设置时间模式上， key 上的一个输入脉冲可以将 clk 的输入信号加 一。在设置定时模式上， key 上的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲 clk 的状 态。同时该模块具有三个输出口 out_do

5、、 out_di 、 out_alarm 来触发整点报时的 “嘟”、“嘀”、闹铃声音。(4) 、CNT24_A_H01模块：这个模块式将CNT60_A_MlN勺输出信号做24进制计数。该模块能将当前计 数值实时按BCD码的格式输出。将该输出接到两位LED数码后能时时显示时的状 态。通过 alarm_clk 可以选择设置对象为时间还是定时值。在设置时间模式上， key 上的一个输入脉冲可以将 clk 的输入信号加一。在设置定时模式上， key 上 的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲 clk 的状态。同时该模块具有一个输出口 out_alarm 来触发整点报时的闹铃声音。(5) 、PWM_01模块

6、：该模块为PWM产生模块，通过EN可幵启和关闭PWM输出。模块根据 CLK信 号二分频产生的高低音，并组合，能输出三种声音状态“嘟” 、“嘀”、闹铃。而该三种声音要被秒、分、时的输出触发才能输出PWM。(二)系统各个模块的VHDLS序：(1)、CNT60_A_SE模块：程序源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt60_a_sec isport(clk,clr,enb: in std_logic;-clk：时钟输入信号， clr ：清零端， enb ：使能端k

7、ey: in std_logic;- 输入按键脉冲，调整闹铃定时或时间alarm_clk: in std_logic;-1:alarm 0:clk -设置模式选择：闹铃调节模式、时间调节模式qout_sl: out std_logic_vector(3 downto 0); -显示输出秒的低位qout_sh: out std_logic_vector(3 downto 0);-显示输出秒的高位co: out std_logic; -进位输出，触发分计数模块out_do: out std_logic;-在整点报时中输出“嘟”触发信号out_di: out std_logic -在整点报时中输出“

8、嘀”触发信号);end;architecture a of cnt60_a_sec issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) - 当该端口输入一个脉

9、冲时，修改设置模式：时间调整或 闹铃模式切换beginif alarm_clk'event and alarm_clk='1' thenif ac_slt='0' then-如果为定时模式，将改为闹铃模式ac_slt<='1'elseac_slt<='0'end if;end if;end process;process(key,clk,ac_slt)-根据设置模式，处理 key 上的脉冲信号begin时间调整模式if ac_slt='0' then -则 tclk<=0 ，通过挖洞方式添

10、加aclk<='0'if clk='1' and key='1' then -clk=1一个脉冲tclk<='0'elsif clk='0' and key='1' then -clk=0, 则 tclk<=1, 产生一个高电平，添加一脉冲tclk<='1'elsetclk<=clk;end if;elsif ac_slt='1' then - 闹铃调整模式tclk<=clk;aclk<=key; -key 上的脉冲直接修改闹

11、铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) -60进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示秒的状态beginif clr='1' then-clearing works at the state of high voltageqout2_l<="0000"qout2_h<="0000"elsif tclk'event and tclk='1' thenif enb='1' then-enable works at high voltage

12、if qout2_l="1001" and qout2_h="0101" thenqout2_l<="0000"-a full mode is completed and a carryout is generatedqout2_h<="0000"elsif qout2_l="1001" thenqout2_l<="0000"qout2_h<=qout2_h+1;elseqout2_l<=qout2_l+1;- in process of cou

13、ntingend if;end if;end if;end process;process(aclk,clr,enb)-修改闹铃的定时值beginif clr='1' then-clearing works at the state of high voltagealarm_l<="0000"alarm_h<="0000"elsif aclk'event and aclk='1' thenif enb='1' then-enable works at high voltageif ala

14、rm_l="1001" and alarm_h="0101" thenalarm_l<="0000"-a full mode is completed and a carryout is generatedalarm_h<="0000"elsif alarm_l="0101" thenalarm_l<="0000"alarm_h<=alarm_h+1;elsealarm_l<=alarm_l+1;- in process of countinge

15、nd if;end if;end if;end process;产生进位 , 显示时process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk)-间或闹铃定时值beginif qout2_l="0000" and qout2_h="0000" thenco<='1'elseco<='0'end if;if ac_slt='0' then -显示时间qout_sl<=qout2_l;qout_sh<=qout2_h;else - 显示定时值qou

16、t_sh<=alarm_h;qout_sl<=alarm_l;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h) -根据秒的状态输出“嘟” 、“嘀”触发信号beginif qout2_h="0101" thenif qout2_l="0000" thenout_do<='1'elsif qout2_l="0010" thenout_do<='1'elsif qout2_l="0100" thenout_do<='

17、;1'elsif qout2_l="0110" thenout_do<='1'elsif qout2_l="1000" thenout_do<='1'elseout_do<='0'elsif qout2_h="0000" then if qout2_l="0000" then out_di<='1' out_do<='0'elseout_di<='0'end if;elseou

18、t_do<='0'out_di<='0'end if;end process;end;(2)、CNT60_A_MlN模块:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt60_a_min isport(clk,clr,enb: in std_logic; -clk：时钟输入信号， clr ：清零端， enb：使能端key: in std_logic; -输入按键脉冲，调整闹铃定时或时间alarm_clk: in std_logic;

19、-1:alarm 0:clk -设置模式选择：闹铃调节模式、时间调节模式qout_ml: out std_logic_vector(3 downto 0); - 显示输出分的低位qout_mh: out std_logic_vector(3 downto 0); - 显示输出分的高位co: out std_logic; -进位输出，触发时计数模块out_alarm:out std_logic;-闹铃触发信号，时间到后输出高电平触发闹铃out_do,out_di: out std_logic-在整点报时中输出“嘟” “嘀”触发信号);end;architecture a of cnt60_a_m

20、in issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) - 当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或 闹铃模式切换beginif alarm_clk

21、'event and alarm_clk='1' thenif ac_slt='0' then-如果为定时模式，将改为闹铃模式ac_slt<='1'elseac_slt<='0'end if;end if;end process;process(key,clk,ac_slt) - 根据设置模式，处理 key 上的脉冲信号beginif ac_slt='0' then -时间调整模式aclk<='0'if clk='1' and key='1'

22、 then-clk=1则 tclk<=0 ，通过挖洞方式添加一个脉冲tclk<='0'elsif clk='0' and key='1' then-clk=0,则 tclk<=1, 产生一个高电平，添加一脉冲tclk<='1'elsetclk<=clk;end if;elsif ac_slt='1' then -闹铃调整模式tclk<=clk;aclk<=key; -key 上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,e

23、nb) -60进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示分的状态beginif clr='1' then-clearing works at the state of high voltageqout2_l<="0000"qout2_h<="0000"elsif tclk'event and tclk='1' thenif enb='1' then-enable works at high voltageif qout2_l="1001" and qout2_h=&

24、quot;0101" thenqout2_l<="0000"-a full mode is completed and a carryoutis generated qout2_h<="0000"elsif qout2_l="1001" thenqout2_l<="0000"qout2_h<=qout2_h+1;elseqout2_l<=qout2_l+1;- in process of counting end if;end if;end if;end process;pr

25、ocess(aclk,clr,enb) - 修改闹铃的定时值beginif clr='1' then-clearing works at the state of high voltage alarm_l<="0000"alarm_h<="0000"elsif aclk'event and aclk='1' thenif enb='1' then-enable works at high voltageif alarm_l="1001" and alarm_h=&qu

26、ot;0101" thenalarm_l<="0000"-a full mode is completed and a carryout is generatedalarm_h<="0000"elsif alarm_l="0101" thenalarm_l<="0000"alarm_h<=alarm_h+1;elsealarm_l<=alarm_l+1;- in process of countingend if;end if;end if;end process;产生进位

27、, 显示process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk) -时间或闹铃定时值 of high voltagebeginif qout2_l="0000" and qout2_h="0000" then co<='1'elseco<='0'end if;if ac_slt='0' thenqout_ml<=qout2_l;qout_mh<=qout2_h;elseqout_mh<=alarm_h;qout_ml<=alar

28、m_l;end if;end process;-判断定时值与时间值相等，输process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h)出闹铃触发信号beginif qout2_l=alarm_l and qout2_h=alarm_h thenout_alarm<='1'elseout_alarm<='0'end if;end process;process(qout2_l,qout2_h) - 根据分的状态输出“嘟” 、“嘀”触发信号 beginif qout2_l="1001" and qout2_h=&q

29、uot;0101" thenout_do<='1'elseout_do<='0'end if;if qout2_l="0000" and qout2_h="0000" thenout_di<='1'elseout_di<='0'end if;end process;end;(3)、CNT24_A_HOUR块:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;ent

30、ity cnt24_a_hour isport(clk,clr,enb: in std_logic; -clk:时钟输入信号， clr :清零端，enb:使能端key: in std_logic; -输入按键脉冲，调整闹铃定时或时间设置模式选择:闹铃调节模alarm_clk: in std_logic;-1:alarm 0:clk-式、时间调节模式显示输出时的低位qout_hl: out std_logic_vector(3 downto 0); -qout_hh: out std_logic_vector(3 downto 0); -显示输出时的高位co: out std_logic; -进

31、位输出out_alarm:out std_logi-闹铃触发信号输出);end;architecture a of cnt24_a_hour issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginp

32、rocess(alarm_clk) - 当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或闹铃模式切换begin如果为定时模式，将改为闹铃模式if alarm_clk'event and alarm_clk='1' thenif ac_slt='0' then-ac_slt<='1'elseac_slt<='0'end if;end if;end process;process(key,clk,ac_slt) -根据设置模式，处理 key 上的脉冲信号beginif ac_slt='0' then

33、 -时间调整模式aclk<='0'if clk='1' and key='1' then-clk=1一个脉冲则 tclk<=0 ，通过挖洞方式添加tclk<='0'elsif clk='0' and key='1' then-clk=0,则 tclk<=1, 产生一个高电平，添加一脉冲tclk<='1'elsetclk<=clk;end if;elsif ac_slt='1' then - 闹铃调整模式tclk<=clk;ac

34、lk<=key; -key 上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) -24进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示时的状态beginif clr='1' then-clearing works at the state of high voltageqout2_l<="0000"qout2_h<="0000"elsif tclk'event and tclk='1' thenif enb='1' then-en

35、able works at high voltageif qout2_l="1001" thenqout2_l<="0000"-a full mode is completed and a carryout is generatedqout2_h<=qout2_h+1;elsif qout2_l="0011" and qout2_h="0010" thenqout2_l<="0000"qout2_h<="0000"elseqout2_l<=qou

36、t2_l+1;- in process of countingend if;end if;end if;end process;beginif clr='1' then-clearing works at the state of high voltage alarm_l<="0000"alarm_h<="0000"elsif aclk'event and aclk='1' thenif enb='1' then-enable works at high voltageif alarm_

37、l="1001" then alarm_l<="0000"-a full mode is completed and a carryoutis generatedalarm_h<=qout2_h+1;elsif alarm_l="0011" and alarm_h="0010" then alarm_l<="0000"alarm_h<="0000"elsealarm_l<=alarm_l+1;- in process of countingend

38、 if;end if;end if;end process;, 显示process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk) -产生进位时间或闹铃定时值 of high voltagebeginif qout2_l="0000" and qout2_h="0000" thenco<='1'elseco<='0'end if;if ac_slt='0' thenqout_hl<=qout2_l;qout_hh<=qout2_h;elseqou

39、t_hh<=alarm_h;qout_hl<=alarm_l;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h)-定时值与时间值相等，则输出闹钟触发信号beginif qout2_l=alarm_l and qout2_h=alarm_h thenout_alarm<='1'elseout_alarm<='0'end if;end process;end;2、系统以及各个模块的仿真波形( 1)、系统仿真波形：注：由于下面的模块仿真存在毛刺，导致系统的仿真图有一定的问题。(2) 、CNT60_A_SE模块:注：在 50、 52、 54、 56、 58 处有嘟触发输出， 00 处有嘀触发输出等。(3) 、CNT6O_A_MIN模块：注:本图展示了按键调节时间值和定时值的仿真波形(部分仿真图) 。注：该模块的仿真波形图，具有嘟、嘀声音触发输出，定时与时间相等时有闹铃触 发输出等。(4) 、CNT24_A_HOUR块注：该模块的仿真图，包含按键调整时间、定时值，闹钟触发输出等。(5) 、PWM_OU模块(分三段剪切下来的，展示了三种声音的效果)(1)、