数字钟课程设计

1、数 字 钟 - EDA课程设计姓 名： 专 业： 班 级： 指导教师： 2010年12月15日一、数字钟的设计要求（1）具有正确的星期、时、分、秒计时功能。（2）计时结果要用6个数码管分别显示时、分、秒的十位和个位。（3）有校时功能。当键MINUTE按下时，分计数器以秒脉冲的速度递增，并按60min循环，即计数到59min后再回00。当HOUR键按下时，时计数器以秒脉冲的速度递增，并按24h循环，即计数到23h后再回00。当WEEK键按下时，星期计数器以秒脉冲速度递增，并按7天循环，即计数到日后再回到一。二、数字钟顶层结构根据数字钟的功能要求，就可以对数字钟按照功能进行模块划分。图2-1是它的

2、顶层电路原理图。在图2-1中，外界通过CLK端输入1Hz的脉冲信号。1Hz信号作为秒脉冲信号送入SECOND（60进制）计数器进行秒计时，满60s产生一个进位信号CARRY，经过或门被送入MINUTE（60进制）计数器进行分计数。当按下SECOND键后，1Hz秒脉冲信号通过或门被送入MINUTE（60进制）计数器进行分计数，从而实现快速校分功能。HOUR（24进制）计数器也是经过同样的过程实现计数和校时功能。时、分、秒计数器的输出均是十位和个位分开显示的8421BCD码，将这六组BCD码通过一个六选一数据选择器MUX6_1SCAN选出一组BCD码。由外界输入的CLKCAN信号作为MUX6_1S

3、CAN的选择控制信号，然后再将选出的一组BCD码送至七段译码显示器进行译码。译码每输出结果同时送至6个LED数码管的a、b、c、d、e、f 7个段，至于哪个数码管能够显示，取决于扫描控制信号SEL的输出结果，即SEL选择哪个数码管，那个数码管就点亮。用多个（个）数码管显示数据时有并行显示和动态扫描显示两种方式。所谓并行显示，是个数码管同时被驱动，它需要同时对组BCD码数据进行编译，并输出6组LED段驱动信号去驱动个数码管的个显示段，共需要42个I/O管脚，另外还需要个BCD/段译码器。本设计采用动态扫描显示，每次仅仅点亮个数码管，各个数码管轮流被扫描点亮，如果扫描的速度足够快，由于人眼存在视觉

4、暂留现象，就看不出闪烁。开始工作时，先从组数据中选出一组，通过段译码器译码后输出，然后选出下一组数据译码输出。数据选择的时序和顺序由个进制计数器SEL控制，与此同时，MUX6_1SCAN产生选通信号。这种显示方式需要的资源少，而且节能。模块WEEK和WEEKDISP为星期（7进制）计数模块和显示模块，当时间为23:59:59时，一个秒脉冲过来，使时间为00:00:00并产生一个星期进位信号，星期计数器驱动显示模块显示相应的信息。图2-1 数字钟的顶层原理图三、数字钟各模块的VHDL源程序设计以下是数字钟各模块的VHDL程序及部分主要模块的仿真波形。（1）秒计数器的源程序LIBRARY IEEE

5、;ENTITY second IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC; sec1,sec2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); carry:OUT STD_LOGIC);END second;ARCHITECTURE rt1 OF second IS SIGNAL sec1_t,sec2_t:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN PROCESS(clk,reset) BEGIN IF reset='1' THEN sec1_t<="0000" sec2_t<=&

6、quot;0000" ELSIF clk'event AND clk='1' THEN IF sec1_t="1001" THEN sec1_t<="0000" IF sec2_t="0101" THEN sec2_t<="0000" ELSE sec2_t<=sec2_t+1; END IF;图3-1 秒计数器 ELSE sec1_t<=sec1_t+1; END IF; IF sec1_t="1001" AND sec2_t=&quo

7、t;0101" THEN carry<='1' ELSE carry<='0' END IF; END IF; sec1<=sec1_t; sec2<=sec2_t; END PROCESS;END rt1;图3-2 秒计数器仿真波形图3-3 秒计数器局部放大仿真波形（2）分计数器的源程序LIBRARY IEEE;ENTITY minute IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC; min1,min2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); carry:OUT STD_LOGIC

8、); END minute;ARCHITECTURE rt1 OF minute IS SIGNAL min1_t,min2_t:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN PROCESS(clk,reset) BEGIN IF reset='1' THEN min1_t<="0000" min2_t<="0000" ELSIF clk'event AND clk='1' THEN IF min1_t="1001" THEN min2_t<="

9、;0000" IF min2_t="0101" THEN min2_t<="0000" ELSE min2_t<=min2_t+1; END IF; ELSE min1_t<=min1_t+1; END IF;图3-3 分计数器 IF min1_t="1001" AND min2_t="0101" THEN carry<='1' ELSE carry<='0' END IF; END IF; min1<=min1_t; min2<=

10、min2_t; END PROCESS;END rt1;图3-4 分计数器仿真波形图3-5 分计数器局部放大仿真波形（3）时计数器的源程序LIBRARY IEEE;ENTITY hour IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC; hour1,hour2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); carry:OUT STD_LOGIC);END hour;ARCHITECTURE rt1 OF hour IS SIGNAL hour1_t:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL hour2_t:STD_LOGIC_

11、VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN PROCESS(clk,reset) BEGIN IF reset='1' THEN hour1_t<="0000" hour2_t<="0000" ELSIF clk'event AND clk='1' THEN IF hour1_t="0011" AND hour2_t="0010" THEN hour1_t<="0000" hour2_t<="0000" E

12、LSE IF hour1_t="1001" THEN hour1_t<="0000" IF hour2_t="0010" THEN hour2_t<="0000" ELSE hour2_t<=hour2_t+1; END IF; ELSE hour1_t<=hour1_t+1; END IF; END IF; IF hour1_t="0000" AND hour2_t="0000" THEN图3-6 时计数器 carry<='1'

13、 ELSE carry<='0' END IF; END IF; hour1<=hour1_t; hour2<=hour2_t; END PROCESS;END rt1;图3-7 时计数器仿真波形（4）星期计数器的源程序LIBRARY IEEE;ENTITY week IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC; week:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END week;ARCHITECTURE rt1 OF week IS SIGNAL week_t:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO

14、0);BEGIN PROCESS(clk,reset) BEGIN IF reset='1' THEN week_t<="0000" ELSIF clk'event AND clk='1' THEN IF week_t="0111" THEN week_t<="0001" ELSE week_t<=week_t+1; END IF; END IF; week<=week_t; END PROCESS;END rt1;图3-8 星期计数器仿真波形（5）扫描六选一多路选择器的

15、源程序扫描六选一多路选择器MUX6_1SCAN可根据CLKCAN信号选出不同的显示数据，并驱动相应的LED数码管显示数据。LIBRARY IEEE;ENTITY mux6_1scan IS PORT(clkscan,reset:IN STD_LOGIC; in1,in2,in3:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); in4,in5,in6:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); data:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); sel:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);END mu

16、x6_1scan;ARCHITECTURE rt1 OF mux6_1scan IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);BEGIN PROCESS(clkscan,reset) BEGIN IF reset='1' THEN count<="000" ELSIF clkscan'event AND clkscan='1' THEN IF count="101" THEN count<="000" ELSE count<=coun

17、t+1; END IF; END IF; END PROCESS;PROCESS(count)图3-9 MUX6_1SCANBEGIN CASE count IS WHEN "000"=>data<=in1; WHEN "001"=>data<=in2; WHEN "010"=>data<=in3; WHEN "011"=>data<=in4; WHEN "100"=>data<=in5; WHEN others=>data<

18、;=in6; END CASE;END PROCESS; sel<=count; END rt1;图3-10 MUX6_1SCAN仿真波形（6）LED扫描控制模块源程序LIBRARY IEEE;ENTITY decoder3_6 IS PORT(i:IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); o:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);END decoder3_6;ARCHITECTURE behav OF decoder3_6 ISBEGIN PROCESS(i) BEGIN CASE i IS WHEN "000"=

19、>o<="000001" WHEN "001"=>o<="000010" WHEN "010"=>o<="000100" WHEN "011"=>o<="001000" WHEN "100"=>o<="010000" WHEN "101"=>o<="100000" WHEN OTHERS=>o<

20、="000000" END CASE;END PROCESS;END behav;（7）七段译码显示源程序SEGMENT7模块是BCD7段译码器，完成BCD码向7段显示码的变换作用。LIBRARY IEEE;ENTITY segment7 IS PORT(data:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); dout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END segment7;ARCHITECTURE behav OF segment7 ISBEGIN PROCESS(data) BEGIN CASE data IS W

21、HEN "0000"=>dout<="0111111" WHEN "0001"=>dout<="0000110" WHEN "0010"=>dout<="1011011" WHEN "0011"=>dout<="1001111" WHEN "0100"=>dout<="1100110"图3-11 SEGMENT7 WHEN "0101"=>dout<="1101101" WHEN "0110"=>dout<="1111101" WHEN "0111"=>dout<="0100111" WHEN "1000"=>dout<="1111111" WHEN "1001"=>dout<="1101111" WHEN others=>dou