EDA数字时钟VerilogHDL

1、数字时钟及闹钟 目录一、实验任务2实验目的2实验要求2二、设计思路2硬件部分2软件部分3三、完成情况6四、总结与收获7具体分工7五、完整程序815一、实验任务实验目的1. 深入了解基于EDA工具的复杂时序逻辑电路的设计。2. 理解并熟练利用EDA工具进行综合设计。3. 熟练掌握芯片烧录的流程及步骤。4. 掌握Verilog HDL 语言的语法规范及时序电路描述方法。5. 掌握多个数码管动态扫描与键盘扫描的显示原理及设计方法。实验要求设计一个带闹钟功能的24 小时数字钟，它包括以下几个组成部分： 显示屏，由4 个七段数码管组成，用于显示当前时间(时：分)或设置的闹钟时间； 数字键 09，用于输入

2、新的时间或新的闹钟时间； TIME(时间)键，用于确定新的时间设置； ALARM(闹钟)键，用于确定新的闹钟时间设置，或显示已设置的闹钟时间； 扬声器，在当前时钟时间与闹钟时间相同时，发出蜂鸣声。基本要求(1) 计时功能：这是本计时器设计的基本功能，每隔一秒计时一次，并在显示屏上显示当前时间。(2) 闹钟功能：如果当前时间与设置的闹钟时间相同，则扬声器发出蜂鸣声。(3) 设置新的计时器时间：用户用数字键09输入新的时间，然后按"TIME"键确认。发挥部分(1) 设置新的闹钟时间：用户用数字键“0”“9”输入新的时间，然后按“ALARM”键确认。(2) 显示所设置的闹钟时间：

3、在正常计时显示状态下，用户直接按下“ALARM”键，则已设置的闹钟时间将显示在显示屏上。二、设计思路硬件部分本次数字时钟的设计主要在NC-EDA-2000C实验箱上完成，应用的芯片为Altara公司的EP1K10TC1003芯片。该芯片具有低内核电压、低功耗的特点。芯片内门电路高达1万门，内部使用RAM作电路结构，速度高达几百MHZ，其输出可用管脚已全部开放，位于芯片的四周，用户可以根据自己的要求和芯片本身的功能自己任意定义管脚。同时为了体现实验箱的可扩展性，在芯片的两边各有一个34脚的IDE插口，可以通过数据排线与其它应用模块相连接。除了主芯片外，主要包括三大部分：八个数码管组成的显示部分、

4、4×4键盘构成的按键输入部分。以及其他输入或输出部分，如："TIME"键、“ALARM”键、时钟信号、蜂鸣器等。8位7段数码管：采用2个进口共阴高红7段数码管组成，其连接管脚位选信号在数码管的左边由连接孔SEL0、SEL1、SEL2与其它模块连接。数码管显示的设计示意图如下：八位数码管显示设计示意图4×4键盘： 4×4键盘主要是通过编程实现0F的输入，也可以作为一个控制键。在其上方的连接孔R1、R2、R3、R4控制横向4位；C1、C2、C3、C4纵向4位。键盘输入设计示意图如下：4×4键盘输入设计示意图 软件部分软件主要应用软件qua

5、rtus，使用Verilog HDL语言来编写程序。在老师所给的keyscan的基础上加入计时部分、设置部分（时间的设置和闹钟的设置）以及闹铃部分。a) 计时部分always(posedge clkl) /计时过程beginhour<=Hour;minute<=Minute;if(reset) begin hour<=0;minute<=0;second<=0;endelseif(second=59)if(minute=59)if(hour =23) begin second<=0;minute<=0;hour<=0;endelse begin

6、second<=0;minute<=0;hour<=hour+1;endelse begin second<=0;minute<=minute+1;endelse second<=second+1;end其中，clkl为1Hz的时钟信号，当每遇到一个时钟信号的上升沿时，秒钟就加1秒；当加到59时，分钟就加1，秒钟自动回到0重新计时；当分钟加到59时，时钟就加1，然后分钟回到0；当计时到23:59:59时，则回到00:00:00再进入计时。reset为清零信号，高电平有效。b) 设置部分always (posedge clkh)begin if(w=1)/设置

7、时间begin Hour=num1*10+num2; Minute=num3*10+num4; endelse if(p=1) /设置闹钟begin Ahour=num1*10+num2; Aminute=num3*10+num4; end end将按下的键值存在num1、num2、num3、num4中，再通过w和p即所谓的TIME(时间)键与ALARM(闹钟)键将输入的数值赋给初始时间或闹钟时间。c) 闹铃部分 always (posedge clkh)/闹钟响beginif(hour=Ahour)&&(minute=Aminute) ds=1; else ds=0;end当

8、设置的闹钟时间（时：分）与当前的时间（时：分）相等时，则闹铃发出响声；ds信号可以接在蜂鸣器上或者发光二极管上。本次设计的完整程序已附在报告的最后。整体程序编译无误。程序中涉及的变量名称及其对应的变量意义：引脚配置图三、完成情况在这次实验过程中我们完成了24小时数字时钟的设计。时钟的显示屏为七段数码管。显示出的时间格式为小时、分钟、秒钟（如图1）。时钟含有闹钟，可以在程序中设置闹钟时间，在实际时间和闹钟时间相吻合时蜂鸣器响。图2中的二极管亮即可说明，在闹钟时间可以输出高电平，该输出接在蜂鸣器上即可使蜂鸣器响。本次设计的闹钟为响1分钟自动关闭。图3中二极管熄灭。图1 时间显示图2 闹钟响（体现为

9、发光二极管发光）图3 发光二极管熄灭（本次设计的闹钟为响1分钟自动关闭）四、总结与收获在实验设计的过程中，我们首先尝试了树上和老师上课时所讲的例程，在熟悉软件和设计流程后开始了数字时钟的设计。在设计数字时钟时，我们先分设计出来时钟的自动计数显示，实现了24小时时钟。之后实验了4*4键盘，实现了键盘输入值的扫描读取。最后设计了闹钟部分，包括设置闹钟时间和到时间闹铃响。我们通过本次实验深入了解基于EDA工具的复杂时序逻辑电路的设计，理解并熟练利用quartus进行Verilog HDL语言的设计。掌握了建立工程项目，编译调试程序，下载程序的流程和步骤。在应用的过程中掌握了数码管和键盘扫描的原理和方

10、法。并且对Verilog HDL语言的语法规则和几种常用语句有了更深入的理解。实验过程中通过合作的方式，小组成员积极讨论，对不同的语句进行了对比，最终确定了本次实验的完整程序。这次完成的数字时钟只是EDA实验箱中可以实现的众多功能之一，我们也认识到Verilog HDL语言可以实现的设计还有很多，本次实验激发了我们对Verilog HDL语言的兴趣，也让我们认识到课堂的学习是有限的，想更加深入学习Verilog HDL语言，还要在今后的学习中多多自学，勤加练习。五、完整程序module zonghe (clkl,clkh,reset,q,w,p,kr,kc,a,b,c,d,e,f,g,sa,s

11、b,sc,ds); input clkl,clkh,reset; /计数时钟脉冲、扫描频率脉冲与复位信号 input q,w,p; /启动设置的控制信号、设置时间的控制信号及设置闹钟的控制信号 inout 3:0kr; /4*4键盘的行输入/输出信号 inout 3:0kc; /4*4键盘的列输入/输出信号 output a,b,c,d,e,f,g,sa,sb,sc,ds; /LED的7个片选信号与3个位选信号 reg a,b,c,d,e,f,g,sa,sb,sc,ds; reg 3:0kr,kc; reg 6:0 display ; reg 2:0 dcount,kcount; reg 3:

12、0keyr,keyc; reg kflag1,kflag2; reg 6:0 buff7 ; reg 3:0 shiwei1,gewei1,shiwei2,gewei2,shiwei3,gewei3; reg5:0 hour,minute,second,Ahour,Aminute,Hour,Minute; /储存当前时间的时分秒、闹钟的时分及设置的时间的时分 always(posedge clkh) /累加两个计数值 begin dcount<=dcount+1; kcount<=kcount+1; end always (posedge clkh) /扫描键盘 begin if(

13、kcount=0) begin kr<=4'b1111; kc<=4'b0000; end else if(kcount=1) begin keyr<=kr; kr<=4'bZZZZ; end else if(kcount=2) begin kr<=4'b0000; kc<=4'b1111; end else if(kcount=3) begin keyc<=kc;kc<=4'bZZZZ; end end always(posedge clkh) /改变键的标志位 begin if(kcount=4

14、 & keyr=4'b1111) kflag1<=0; else if(kcount=4) kflag1<=1; kflag2<=kflag1; end always(posedge clkh) / 获取相应按键按下的结果begin if(kcount=5) if(keyr=4'b1110) case (keyc) 4'b1110:buff7<=7'b0111111; /在LED上显示0 4'b1101:buff7<=7'b0000110; /在LED上显示1 4'b1011:buff7<=7&

15、#39;b1011011; /在LED上显示2 4'b0111:buff7<=7'b1001111; /在LED上显示3 default :buff7<=buff7; /无变化 endcase else if (keyr=4'b1101) case (keyc) 4'b1110:buff7<=7'b1100110; /在LED上显示4 4'b1101:buff7<=7'b1101101; /在LED上显示5 4'b1011:buff7<=7'b1111101; /在LED上显示6 4'

16、b0111:buff7<=7'b0000111; /在LED上显示7 default :buff7<=buff7; / 无变化 endcase else if(keyr=4'b1011) case (keyc) 4'b1110:buff7<=7'b1111111; / 在LED上显示8 4'b1101:buff7<=7'b1101111; / 在LED上显示9 4'b1011:buff7<=7'b1110111; /在LED上显示a 4'b0111:buff7<=7'b11111

17、00; /在LED上显示b default :buff7<=buff7; / 无变化 endcase else if(keyr=4'b0111) case (keyc) 4'b1110:buff7<=7'b0111001; /在LED上显示c 4'b1101:buff7<=7'b1011110; /在LED上显示d 4'b1011:buff7<=7'b1111001; /在LED上显示e 4'b0111:buff7<=7'b1110001; / 在LED上显示f default:buff7&l

18、t;=buff7; /无变化 endcase end always(posedge clkh) /显示过程 begin sa<=dcount0; /将dcount赋给LED的三个片选信号 sb<=dcount1; sc<=dcount2; shiwei1=hour/10;gewei1=hour%10;shiwei2=minute/10;gewei2=minute%10;shiwei3=second/10;gewei3=second%10;if(dcount=3'b111)/判断位选dcount的值，并将此位上的值输出到数码管case(shiwei1) /在第一数码管上

19、显示时钟的十位 4'b0000: display <= 7'b0111_111;4'b0001: display<= 7'b0000_110;4'b0010: display <= 7'b1011_011;4'b0011: display <= 7'b1001_111;4'b0100: display <= 7'b1100_110;4'b0101: display <= 7'b1101_101;4'b0110: display <= 7'b1

20、111_101;4'b0111: display <= 7'b0000_111;4'b1000: display <= 7'b1111_111;4'b1001: display <= 7'b1101_111; default: display <= 7'b0000_000;endcaseif(dcount=3'b000) /在第二个数码管上显示时钟的个位case(gewei1) 4'b0000: display <= 7'b0111_111;4'b0001: display &

21、lt;= 7'b0000_110;4'b0010: display <= 7'b1011_011;4'b0011: display <= 7'b1001_111;4'b0100: display <= 7'b1100_110;4'b0101: display <= 7'b1101_101;4'b0110: display <= 7'b1111_101;4'b0111: display <= 7'b0000_111;4'b1000: display

22、<= 7'b1111_111;4'b1001: display <= 7'b1101_111; default: display <= 7'b0000_000;endcaseif(dcount=3'b001) /在第三个数码管上显示分钟的十位case(shiwei2) 4'b0000: display <= 7'b0111_111;4'b0001: display <= 7'b0000_110;4'b0010: display <= 7'b1011_011;4'b

23、0011: display <= 7'b1001_111;4'b0100: display <= 7'b1100_110;4'b0101: display <= 7'b1101_101;4'b0110: display <= 7'b1111_101;4'b0111: display <= 7'b0000_111;4'b1000: display <= 7'b1111_111;4'b1001: display <= 7'b1101_111; defau

24、lt: display <= 7'b0000_000;endcaseif(dcount=3'b010) /在第四个数码管上显示分钟的个位case(gewei2) 4'b0000: display <= 7'b0111_111;4'b0001: display <= 7'b0000_110;4'b0010: display <= 7'b1011_011;4'b0011: display <= 7'b1001_111;4'b0100: display <= 7'b11

25、00_110;4'b0101: display <= 7'b1101_101;4'b0110: display <= 7'b1111_101;4'b0111: display <= 7'b0000_111;4'b1000: display <= 7'b1111_111;4'b1001: display <= 7'b1101_111; default: display <= 7'b0000_000;endcase if(dcount=3'b011) /在第五个数码管

26、上显示秒钟的十位case(shiwei3) 4'b0000: display <= 7'b0111_111;4'b0001: display <= 7'b0000_110;4'b0010: display <= 7'b1011_011;4'b0011: display <= 7'b1001_111;4'b0100: display <= 7'b1100_110;4'b0101: display <= 7'b1101_101;4'b0110: display

27、 <= 7'b1111_101;4'b0111: display <= 7'b0000_111;4'b1000: display <= 7'b1111_111;4'b1001: display <= 7'b1101_111; default: display <= 7'b0000_000;endcaseif(dcount=3'b100) /在第六个数码管上显示秒钟的个位case(gewei3) 4'b0000: display <= 7'b0111_111;4'b

28、0001: display <= 7'b0000_110;4'b0010: display <= 7'b1011_011;4'b0011: display <= 7'b1001_111;4'b0100: display <= 7'b1100_110;4'b0101: display <= 7'b1101_101;4'b0110: display <= 7'b1111_101;4'b0111: display <= 7'b0000_111;4'

29、b1000: display <= 7'b1111_111;4'b1001: display <= 7'b1101_111; default: display <= 7'b0000_000;endcase if(dcount=3'b101)display <=7'b1000_000; /在第七个数码管上显示“”if(dcount=3'b110)display <=buff7; /在第八个数码管上显示按下的键值endalways (posedge clkh) /将display中存的值赋给LED的七个片选信号

30、begin a<=display0; b<=display1; c<=display2; d<=display3; e<=display4; f<=display5; g<=display6; end always(posedge clkl) /计时过程 clkl的频率为1Hzbeginhour<=Hour;minute<=Minute; /将设置的时间（时、分）赋给hour和minuteif(reset) begin hour<=0;minute<=0;second<=0; end /当reset为1时，将时间清零即为0

31、0：00：00else /正常计时if(second=59)if(minute=59)if(hour =23) begin second<=0;minute<=0;hour<=0;endelse begin second<=0;minute<=0;hour<=hour+1;endelse begin second<=0;minute<=minute+1;endelse second<=second+1;endinteger i; /记录按键按下的次数reg 3:0num1,num2,num3,num4; /储存按键的键值always (po

32、sedge clkh)/储存按下的键值begin if(q=1)/启动设置 begin i=0; if(keyc!=4'b1111) i=i+1; /当有键按下时，i自动加1 if(i=1) /将第一个按下的按键值存入num1 begin case (keyr,keyc) 4'b1110_1110:num1=0; 4'b1110_1101:num1=1; 4'b1110_1011:num1=2; 4'b1110_0111:num1=3; 4'b1101_1110:num1=4; 4'b1101_1101:num1=5; 4'b11

33、01_1011:num1=6; 4'b1101_0111:num1=7; 4'b1011_1110:num1=8; 4'b1011_1101:num1=9; default:num1=num1; endcase endif(i=2) /将第二个按下的按键值存入num2 begin case (keyr,keyc) 4'b1110_1110:num2=0; 4'b1110_1101:num2=1; 4'b1110_1011:num2=2; 4'b1110_0111:num2=3; 4'b1101_1110:num2=4; 4'b110