校园智能打铃系统设计

校园智能打铃系统设计第一页，共36页。一、大作业摘要本设计利用Altera公司的开发软件QuartusII平台，采用Verilog硬件描述语言编程的设计方法，设计系统核心电路的硬件程序，在QuartusII软件平台上进行编译和电路仿真，最后生成的目标文件下载到实验台内的FPGA芯片以实现该系统，并在实验台上对设计进行了验证。最终实现控制校园按时打铃，分为上下午上课下课铃声，带有午休时间。第二页，共36页。二、设计的背景、目的和意义背景：现代电子设计技术的核心是EDA(ElectronicDesignAutomation)技术，即电子设计自动化。它是现代电子信息工程领域中的一门新技术，提供了一种基于计算机和信息技术为一体的电子系统设计方法。它的发展和推广极大地推动了电子工业的发展，并成为电子工业中不可缺少的一项主要技术。该技术的系统逻辑描述主要表达方式为硬件描述语言，设计载体为大规模可编程逻辑器件，第三页，共36页。设计工具为可编程逻辑器件实验开发系统和计算机，通过相关开发软件，自动完成电子系统的设计，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。第四页，共36页。经过一学期Verilog语言的学习，为了加深对这门语言的理解与应用，通过几个星期的课程设计，利用自己所学的知识和各种相关文献的查询，选择了校园智能打铃系统的设计，写出相应的程序后，利用Quartus进行调试、仿真，发现并改正错误，并记仿真成功后的功能仿真图和时序仿真图。第五页，共36页。三、设计任务及要求在早晨8点电源自动开启，并打铃进行上课，上课时间设定为50分钟，打铃下课，下课时间为10分钟，打铃进行第二节课，如此反复，11点50下课，进行午休，午休时间为100分钟，13点30进行下午的课程，直至17点20下课放学，电源自动关闭，内部自动计时，第二天8点自动开启。第六页，共36页。四、确定输入和输出变量输入变量clk，reset，is_en输出变量ring，smg_out，smg_en第七页，共36页。五、确定输入状态程序开始时内部计时显示在共阳数码管上，初始状态：8点开始计时打铃。打铃下课午休17点20放学电源关闭第八页，共36页。七、输入和输出变量对应部件说明输入变量：clk：总时钟信号reset：复位信号is_en：手动暂停，输出变量：ring响铃信号smg_out;数码管显示时间smg_en;数码管的使能信号第九页，共36页。八、方案论证方案1：基于VerilogHDL原理实现方案2：基于单片机原理实现确定选择方案1，理由是对单片机不了解，基于方案一便于在电脑和试验箱上进行验证，故选择方案一第十页，共36页。九、状态机设计（状态转换图）stage1：电源开启stage2：打铃上课stage3：打铃下课stage4：打铃午休stage5：电源关闭第十一页，共36页。十、状态机设计（状态编码）modulering(clk,reset,is_en,smg_out,smg_en,ring);//4位共阳数码管inputclk;//总时钟信号inputreset;//复位信号inputis_en;//手动暂停，0-暂停计时，1-计时outputring;//响铃信号，响铃时为0，不响时为1output[7:0]smg_out;//数码管的8个段码output[3:0]smg_en;//数码管的使能信号parametert1ms=50000;//计时1ms，50Mhz时钟下,,,,(1/50M乘上t1ms=0.001)parametert1s=100;//计时300ms,50Mhz时钟下parametersmg_en1=4'b0111;//使能数码管1parametersmg_en2=4'b1011;//使能数码管1parametersmg_en3=4'b1101;//使能数码管1parametersmg_en4=4'b1110;//使能数码管1parametersmg_xiaoying=4'b1111;//让数码管消影第十二页，共36页。reg[7:0]smg_data[9:0];//将4位1转换成数码管的8位1.initialbeginsmg_data[0]=8'h03;//数码管的编码，对应数字0-9smg_data[1]=8'h9f;smg_data[2]=8'h25;smg_data[3]=8'h0d;smg_data[4]=8'h99;smg_data[5]=8'h49;smg_data[6]=8'h41;smg_data[7]=8'h1f;smg_data[8]=8'h01;smg_data[9]=8'h09;end第十三页，共36页。reg[15:0]count_1ms;//1ms计时always@(posedgeclkornegedgereset)beginif(!reset)count_1ms<=0;elseif(is_en&&count_1ms==t1ms)count_1ms<=0;elseif(is_en)count_1ms<=count_1ms+1'b1;elseif(!is_en)count_1ms<=0;endreg[9:0]count_1s;regclk_ge;//300ms计时always@(posedgeclkornegedgereset)beginif(!reset)begincount_1s<=0;clk_ge<=0;endelseif(is_en&&count_1s==t1s)begincount_1s<=0;clk_ge<=1;end第十四页，共36页。elseif(is_en&&count_1ms==t1ms)begincount_1s<=count_1s+1'b1;clk_ge<=0;endelseif(!is_en)begincount_1s<=0;clk_ge<=0;endend第十五页，共36页。reg[3:0]ge;regclk_shi;//计时器的个位显示always@(posedgeclk_geornegedgereset)beginif(!reset)beginge<=0;clk_shi<=0;endelseif(ge==4'd9)beginge<=0;clk_shi<=1;endelsebeginge<=ge+1'b1;clk_shi<=0;endendreg[2:0]shi;//计时器的十位显示regclk_bai;always@(posedgeclk_shiornegedgereset)beginif(!reset)beginshi<=0;clk_bai<=0;end第十六页，共36页。celseif(shi==3'd5)beginshi<=0;clk_bai<=1;endelsebeginclk_bai<=0;shi<=shi+1'b1;endendreg[3:0]bai;//计时器的百位显示regclk_qian;always@(posedgeclk_baiornegedgereset)beginif(!reset)beginbai<=4'd8;clk_qian<=0;endelseif(bai==4'd9)beginbai<=0;clk_qian<=1;end第十七页，共36页。elsebeginclk_qian<=0;bai<=bai+1'b1;endendregqian;//计时器的千位显示always@(posedgeclk_qianornegedgereset)beginif(!reset)qian<=0;elseif(qian==1'b1)beginqian<=0;endelsebeginqian<=qian+1'b1;endend第十八页，共36页。reg[7:0]r_smg_out;//数码管显示程序reg[3:0]i;reg[3:0]rsmg_en;reg[9:0]count;regis_en2;always@(posedgeclkornegedgereset)beginif(!reset)count<=0;elseif(is_en2)count<=count+1'b1;elsecount<=0;end第十九页，共36页。always@(posedgeclkornegedgereset)beginif(!reset)beginrsmg_en<=4'hf;r_smg_out<=8'hff;i<=0;is_en2<=0;endelsecase(i)//每一个数码管的扫描都分为4步，1.消影，2.输出数据位，3.使能对应的数码管，4.延迟，消影第二十页，共36页。4'd0:beginrsmg_en<=smg_xiaoying;i<=i+1'b1;end4'd1:if(count==10'd50)beginr_smg_out<=smg_data[ge];i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else is_en2<=1; 4'd2:beginrsmg_en<=smg_en1;i<=i+1'b1;end 4'd3:if(count==10'd1023)beginr_smg_out<=8'hff;i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else is_en2<=1; 4'd4:beginrsmg_en<=smg_xiaoying;i<=i+1'b1;end 4'd5:if(count==10'd50)beginr_smg_out<=smg_data[shi];i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else is_en2<=1; 4'd6:beginrsmg_en<=smg_en2;i<=i+1'b1;end 4'd7:if(count==10'd1023)beginr_smg_out<=8'hff;i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else is_en2<=1;第二十一页，共36页。4'd8:beginrsmg_en<=smg_xiaoying;i<=i+1'b1;end

4'd9:if(count==10'd50)beginr_smg_out<=smg_data[bai]-1'b1;i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else is_en2<=1; 4'd10:beginrsmg_en<=smg_en3;i<=i+1'b1;end 4'd11:if(count==10'd1023)beginr_smg_out<=8'hff;i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else is_en2<=1;

4'd12:beginrsmg_en<=smg_xiaoying;i<=i+1'b1;end 4'd13:if(count==10'd50)beginr_smg_out<=smg_data[qian];i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else第二十二页，共36页。is_en2<=1; 4'd14:beginrsmg_en<=smg_en4;i<=i+1'b1;end 4'd15:if(count==10'd1023)beginr_smg_out<=8'hff;i<=i+1'b1;is_en2<=0;end else is_en2<=1; endcaseendregis_en3;regr_ring;always@(shi,bai,qian,reset,ge)beginif(!reset)beginis_en3<=1;r_ring<=0;end第二十三页，共36页。elsebegincase({qian,bai,shi})//实现，规定的时间去点亮灯，0-点亮，1-熄灭8'b01000000:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//8.00,亮5s8'b01000101:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//8.50，8'b01001000:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//9.008'b01001101:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//9.508'b10000000:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//10.008'b10000101:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//10.508'b10001000:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//11.008'b10001101:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//11.50//12'b10010000:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;8'b10011011:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//13.308'b10100010:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//14.20第二十四页，共36页。8'b10101010:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//15.208'b10101011:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//15.308'b10110010:if(ge>=4'd0&&ge<4'd5)r_ring<=0;elser_ring<=1;//16.208'b