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1、基于VHDL的多功能数字钟设计报告班卫时章一、设计要求1、具有以二十四小时制计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。2、设计精度要求为1秒。二、设计环境：Quartus II 三、系统功能描述1、系统输入：时钟信号clk采用50MHz；系统状态及较时、定时转换的控制信号为k、set，校时复位信号为reset，均由按键信号产生。2、系统输出：LED显示输出；蜂鸣器声音信号输出。3、多功能数字电子钟系统功能的具体描述如下：（一）计时：正常工作状态下，每日按24h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。（二）校时：在计时显示状态下，按下“k”键，进入“小时”待校准状态，若此时按下“set”键，
2、小时开始校准；之后按下“k”键则进入“分”待校准状态；继续按下“k”键则进入“秒”待复零状态；再次按下“k”键数码管显示闹钟时间，并进入闹钟“小时”待校准状态；再次按下“k”键则进入闹钟“分”待校准状态；若再按下“k”键恢复到正常计时显示状态。若校时过程中按下“reset”键，则系统恢复到正常计数状态。（1）“小时”校准状态：在“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（2）“分”校准状态：在“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（3）“秒”校准状态：在“秒复零”状态下，显示“秒”的
3、数码管以2Hz闪烁，并以1Hz的频率递增计数。（4）闹钟“小时”校准状态：在闹钟“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（5）闹钟“分”校准状态：在闹钟“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。（三）整点报时：蜂鸣器在“59”分钟的第“51”、“53”、“55”、“57”秒发频率为500Hz的低音，在“59”分钟的第“59”秒发频率为1000Hz的高音，结束时为整点。（四）显示：采用扫描显示方式驱动4个LED数码管显示小时、分，秒由两组led灯以4位BCD 码显示。（五）闹钟：闹钟定时
4、时间到，蜂鸣器发出频率为1000Hz的高音，持续时间为60秒。四、各个模块分析说明1、分频器模块(freq.vhd)（1）模块说明：输入一个频率为50MHz的CLK，利用计数器分出1KHz的q1KHz，500Hz的q500Hz，2Hz的q2Hz和1Hz的q1Hz。（2） 源程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;entity freq is port (CLK: in std_logic ; -输入时钟信号 q1KHz: buffer std_logic; q500Hz: buf
5、fer std_logic; q2Hz: buffer std_logic; q1Hz: out std_logic);end freq; architecture bhv of freq is beginP1KHZ:process(CLK)variable cout:integer:=0;begin if CLKevent and CLK=1 then cout:=cout+1; -每来个时钟上升沿时cout开始计数if cout=25000 then q1KHz=0; -当cout=25000时，q1KHz输出“0” elsif cout50000 then q1KHz=1; -当2500
6、0cout=50000时，q1KHz else cout:=0; -输出“1”，完成1KHz频率输出end if; end if; end process;P500HZ:process(q1KHz) -q1KHz作为输入信号，分出q500Hzvariable cout:integer:=0;beginif q1KHzevent and q1KHz=1 thencout:=cout+1;if cout=1 then q500Hz=0; -二分频 elsif cout=2 then cout:=0;q500Hz=1;end if; end if; end process;P2HZ:process(
7、q500Hz)variable cout:integer:=0;beginif q500Hzevent and q500Hz=1 thencout:=cout+1;if cout=125 then q2Hz=0; elsif cout250 then q2Hz=1; else cout:=0;end if; end if; end process;P1HZ:process(q2Hz)variable cout:integer:=0;beginif q2Hzevent and q2Hz=1 thencout:=cout+1;if cout=1 then q1Hz=0; elsif cout=2
8、then cout:=0;q1Hz=1;end if; end if; end process;end bhv;（3）模块图:2、控制器模块(contral.vhd)（1）模块说明：输入端口k，set键来控制6个状态，这六个状态分别是：显示计时时间状态，调计时的时、分、秒的3个状态，调闹铃的时、分的3个状态，reset键是复位键，用来回到显示计时时间的状态。（2） 波形仿真图：（3） 模块图：3、 二选一模块(mux21a.vhd)（1）源程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;
9、entity mux21a isport(a,b,s:in bit; y:out bit);end entity mux21a;architecture one of mux21a isbegin process(a,b,s)beginif s=0 then y=a; -若s=0,y输出a,反之输出b。else y=b;end if;end process;end architecture one;（2）仿真波形图：（3） 模块图：4、 计时模块a. 秒计时(second.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图：b.分计时(minute.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图：c.小时计时(h
10、our.vhd)（1）仿真波形图:（2）模块图：d.闹钟分计时(cntm60b.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图：e.闹钟小时计时(cnth24b.vhd)（1）仿真波形图：（2）模块图:5、闹钟比较模块(compare.vhd)（1）模块说明：比较正常计数时间与闹钟定时时间是否相等，若相等，compout输出“1”，反之输出“0”。（2）仿真波形图：（3）模块图:6、报时模块(bell.vhd)（1）模块说明：该模块既实现了整点报时的功能，又实现了闹铃的功能，蜂鸣器通过所选频率的不同，而发出不同的声音。（2）仿真波形图：（3）模块图：7、控制显示模块(show_con.vhd)（1）模
11、块说明：该模块实现了数码管既可以显示正常时间，又可以显示闹钟时间的功能；调时过程的定时闪烁功能也在此模块中真正实现。（2）源程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity show_con is port(th1,tm1,ts1:in std_logic_vector(7 downto 4); th0,tm0,ts0:in std_logic_vector(3 downto 0); bh1,bm1:in std_logic_vector(7 downto 4); bh0,bm0
12、:in std_logic_vector(3 downto 0); sec1,min1,h1: out std_logic_vector(7 downto 4); sec0,min0,h0: out std_logic_vector(3 downto 0); q2Hz,flashs,flashh,flashm,sel_show:in std_logic);end show_con;architecture rtl of show_con isbeginprocess(th1,tm1,ts1,th0,tm0,ts0,bh1,bm1,bh0,bm0,q2Hz,flashs,flashh,flash
13、m,sel_show) begin if sel_show=0then if ( flashh=1and q2Hz=1)then h1=1111;h0=1111; -显示小时数码管以2Hz闪烁 min1=tm1;min0=tm0; sec1=ts1;sec0=ts0; elsif (flashm=1and q2Hz=1)then h1=th1;h0=th0; min1=1111;min0=1111; sec1=ts1;sec0=ts0; elsif (flashs=1and q2Hz=1)then h1=th1;h0=th0; min1=tm1;min0=tm0; sec1=1111;sec0=1111; else h1=th1;h0=th0; min1=tm1;min0=tm0; sec1=ts1;sec0=ts0; end if; elsif sel_show=1then-若sel_show为“1”，数码管显示闹钟时间 if(flashh=1 and q2Hz=1)then h1=
