基于VerilogHDL及DE2开发板的数字钟设计

《EDA技术与VerilogHDL》课程实验报告实验项目名称：基于VerilogHDL及DE2开发板的数字钟设计一、实验项目名称基于VerilogHDL及DE2开发板的数字钟设计二、实验目的和要求（1）实验目的1.掌握VerilogHDL语言的基本运用；2.熟悉QuartusⅡ的简单操作；3.掌握一个基本EDA工程设计流程；4.掌握时钟的设计基本原理。（2）实验要求1.能够正常输出时钟信号，进行计时和显示2.能够通过按钮进行时钟的校对三、实验内容和原理时钟共使用两类主要模块来实现其功能。其总体结构如下图所示。其中校时模块根据是否处于校时状态，选择给予计数模块哪个驱动信号。（1）计数模块功能：该模块主要实现三个显示部分（时、分、秒）的计数和正常进位，以及按照规定的方式输出信号，实现方式：本模块主要通过计数器来实现，本模块中包含有三个主要计数部分，分别是十进制、六进制以及二十四进制，其中六进制和十进制共同组成六十进制，即实现分和秒的计数，之所以将其分开是便于分别显示个位和十位，通过编写计数器，来计数信号的数量，从而实现时分秒按各自的进制正常计数，同时，本模块将前一时钟单位的进位信号作为下一时钟单位的clk，即从后向前驱动，这样便实现了时钟的正常运转。（2）校时模块功能：本模块实现在给予时钟一个set信号后，时钟进入校时状态，此时，时、分、秒均进入静止状态即停止计时，然后通过三个按钮seth（校时）setm（校分）rst（校秒）来进行时间校对，其中seth（setm）在每按一下时，时（分）在原来的基础上加一，而rst按下后则会让秒清零。实现方式：本模块为实现当得到一个set信号后，进入校时，而再一次信号后又进入正常状态，将set信号作为一个驱动信号，然后另设一个set0信号使其每得到一个set信号后翻转一次，其初始值为0，翻转后为1。当set0值为1时，便将分和时的驱动信号锁定为seth和setm，这样时钟便冻结住了，此时每按一次seth或setm便可驱动计数器在原有时或分基础上加一。同时考虑到对秒精确置数不实用，因此秒针改为按rst键置零的方式进行，其实现方式是当rst为1时，秒针计数器清零。当校时完毕后，再按一次set键，set0便重新置零，此时各计数器的驱动信号恢复正常（3）数码管显示译码模块该模块将输入的四位二进制代码(8421)码译成8位输出，用以驱动数码管的8个i/o口,由于开发板上的数码管是共阳极的，所以输出为‘0’时数码管上相应LED被点亮，例如：当输入为“0001”时，输出为“11111001”。（4）分频模块由于开发板上的可用时钟为50MHz,不能直接用来作为秒计时器的输入时钟，必须前置分频器，将分频后的1Hz时钟输入至秒计时器。四、操作方法与实验步骤步骤1：编写各个模块的VHDL代码并进行编译与波形仿真,仿真无误后生成元件符号。步骤2：设计数字钟电路的顶层文件，在顶层文件中调入第—步中生成的元件符号，并根据连接关系将它们连接在一起。步骤3：引脚分配，为顶层设计文件中的各个输入输出端口分配芯片相应的引脚。步骤4：下载程序到芯片,观看实验现象是否为预想的那样。同时使用清零按键看能否实现清零，时间正常走动情况下通过按键能否实现校时。五、实验数据记录与处理图（1）计数模块波形仿真（stpin:秒针十进制位，shpin：秒针六进制位）图（2）校时模块波形仿真（set：校时信号；seth修改“时”信号，setm：修改“分”信号；rst：秒清零信号）图（3）整体仿真六、实验结果与分析通过对仿真结果的观察，本实验能够正确的计时和实现校时功能。下载成功后，拨动开关DP4至髙电平，使六个数码管复位淸零；拨动开关DP4至低电平，数字钟开始自动计时，此过程中可以通过1键设置小时数，2键设置分钟数。当秒数满60则进一位,分钟数满60进一位，当显示为23:59:59时，秒数在加一则显示00:00:00,同时指示一天结束的LED灯亮10秒，之后从新计时。七、教员评语