用Verilog语言编写的多功能数字钟

1《数字电子技术课程设计》报告专业班级：姓名：学号：设计日期：2一．设计题目多功能数字钟电路设计二．设计任务及要求多功能数字钟应该具有的功能有：显示时—分—秒、整点报时、小时和分钟可调等基本功能。整个钟表的工作应该是在1Hz信号的作用下进行，这样每来一个时钟信号，秒增加1秒，当秒从59秒跳转到00秒时，分钟增加1分，同时当分钟从59分跳转到00分时，小时增加1小时，小时的范围为0~23时。在实验中为了显示的方便，由于分钟和秒钟显示的范围都是从0~59，所以可以用一个3位的二进制码显示十位，用一个四位的二进制码（BCD码）显示个位，对于小时因为他的范围是从0~23，所以可以用一个2位的二进制码显示十位，用一个4位的二进制码（BCD码）显示个位。实验中由于七段码管是扫描的方式显示，所以虽然时钟需要的是1Hz时钟信号，但是扫描需要一个比较高频率的信号，因此为了得到准确的1Hz信号，必须对输入的系统时钟50Mhz进行分频。对于整点报时功能，本实验设计的是当进行正点的倒计时5秒时，让LED来闪烁进行整点报时的提示。调整时间的按键用按键模块的S1和S2，S1调节小时，每按下一次，小时增加一个小时；S2调整分钟，每按下一次，分钟增加一分钟。另外用S8按键作为系统时钟复位，复位后全部显示00—00—00。管脚分配如下表：3端口名使用模块信号对应FPGA管脚说明S1按键开关S1R16调整小时S2按键开关S2P14调整分钟RST按键开关S8M15复位LEDLED模块D1L14整点倒计时LEDAG0数码管模块A段N4时间显示LEDAG1数码管模块B段G4LEDAG2数码管模块C段H4LEDAG3数码管模块D段L5LEDAG4数码管模块E段L4LEDAG5数码管模块F段K4LEDAG6数码管模块G段K5SEL0数码管选择位1M48个数码管的选择位SEL1数码管选择位2F3SEL2数码管选择位3F4CP脉冲源J350Mhz脉冲三．基于VerilogHDL语言的电路设计、仿真与综合（一）顶层模块本程序采用结构化设计方法，将其分为彼此独立又有一定联系的三个模块，如图1所示：4LocationPIN_R16OptionValueVCCS1INPUTLocationPIN_P14OptionValueVCCS2INPUTLocationPIN_J3OptionValueVCCCPINPUTLocationPIN_M4LocationPIN_F3LocationPIN_F4OptionValueSEL[2..0]OUTPUTLocationPIN_L14OptionValueLEDOUTPUTLocationPIN_N4LocationPIN_G4LocationPIN_H4LocationPIN_L5LocationPIN_L4LocationPIN_K4LocationPIN_K5OptionValueLEDAG[6..0]OUTPUTCPCPoutfenpininst1CPoutS1S2RETHour[5..0]Minute[5..0]Second[5..0]LEDkongzhiqiinst2VCCRETINPUTCPoutHour[5..0]Minute[5..0]Second[5..0]SEL[2..0]LEDAG[6..0]xianshiinst图1：顶层结构框图（二）子模块1.分频器分频器的作用是对50Mhz的系统时钟信号进行分频，得到频率为1000hz的信号，作为显示器的输入信号。CPCPoutfenpininst1VCCCPINPUTCPoutOUTPUT源程序如下：modulefenpin(inputCP,outputCPout);regCPout;reg[31:0]Cout;regCP_En;always@(posedgeCP)//将50MHz分频为1kHzbeginCout=(Cout==32'd50000)?32'd0:(Cout+32'd1);CP_En=(Cout==32'd50000)?1'd1:1'd0;CPout=CP_En;endendmodule功能仿真波形如图2所示(以五分频为例)：52.控制器和计数器控制器的作用是，调整小时和分钟的值，并能实现清零功能。计数器的作用是实现分钟和秒钟满60进1，小时则由23跳到00。当到达59分55秒的时候，LED灯会闪烁来进行报时。因为控制器和计数器的驱动信号频率均为1Hz，故从分频器输出的信号进入控制器后，要进行二次分频，由1Khz变为1Hz。源程序如下：modulekongzhiqi(CPout,S1,S2,RET,Hour,Minute,Second,LED);inputCPout,S1,S2,RET;output[5:0]Hour;output[5:0]Minute;output[5:0]Second;outputLED;reg[5:0]Hour;reg[5:0]Minute;reg[5:0]Second;regR1;regR2,R8,LED;reg[10:0]Cout;regClk_En;always@(posedgeCPout)beginif(S1==0)beginR1=1;endif(S2==0)6beginR2=1;endif(RET==0)beginR8=1;endCout=(Cout==32'd1000)?32'd0:(Cout+32'd1);Clk_En=(Cout==32'd1000)?1'd1:1'd0;if(Clk_En)beginif(R1==1)beginif(Hour24)Hour=Hour+1;if(Hour==24)beginHour=0;endR1=0;endif(R2==1)beginif(Minute60)Minute=Minute+1;if(Minute==60)beginMinute=0;if(Hour24)Hour=Hour+1;if(Hour==24)beginHour=0;endendR2=0;endif(Second60)Second=Second+1;if(Second==60)beginSecond=0;if(Minute60)7Minute=Minute+1;if(Minute==60)beginMinute=0;if(Hour24)Hour=Hour+1;if(Hour==24)beginHour=0;endendendif((Minute==59)&&(Second55))//整点倒计时beginif(LED==1)LED=0;elseLED=1;endelseLED=0;if(R8==1)//清零beginHour=0;Minute=0;Second=0;R8=0;endendendendmodule功能仿真波形如图3所示：83．显示器显示器的作用是将时—分—秒的值在数码管上依次显示出来。从分频器输出的1Khz的信号作为数码管的扫描信号。SEL表示三个数码管选择位，它的取值表示八个数码管，从左至右依次是111~000。LEDGA表示七段数码管，它的取值决定特定位数上显示的数字。源程序如下：modulexianshi(CPout,Hour,Minute,Second,SEL,LEDAG);inputCPout;inputHour，Minute，Second;outputSEL，LEDAG;reg[2:0]SEL;reg[6:0]Led;reg[3:0]shi1,ge1,shi2,ge2,shi3,ge3;always@(posedgeCPout)beginshiwei1=Hour/10;gewei1=Hour%10;shiwei2=Minute/10;gewei2=Minute%10;shiwei3=Second/10;gewei3=Second%10;if(SEL==3'b110)//判断位选SEL的值，并将此位上的值输出到数码管case(shiwei1)4'b0000:Led=7'b0111_111;4'b0001:Led=7'b0000_110;4'b0010:Led=7'b1011_011;4'b0011:Led=7'b1001_111;4'b0100:Led=7'b1100_110;94'b0101:Led=7'b1101_101;4'b0110:Led=7'b1111_101;4'b0111:Led=7'b0000_111;4'b1000:Led=7'b1111_111;4'b1001:Led=7'b1101_111;default:Led=7'b0000_000;endcaseif(SEL==3'b101)case(gewei1)4'b0000:Led=7'b0111_111;4'b0001:Led=7'b0000_110;4'b0010:Led=7'b1011_011;4'b0011:Led=7'b1001_111;4'b0100:Led=7'b1100_110;4'b0101:Led=7'b1101_101;4'b0110:Led=7'b1111_101;4'b0111:Led=7'b0000_111;4'b1000:Led=7'b1111_111;4'b1001:Led=7'b1101_111;default:Led=7'b0000_000;endcaseif(SEL==3'b100)Led=7'b1000_000;if(SEL==3'b011)case(shiwei2)4'b0000:Led=7'b0111_111;4'b0001:Led=7'b0000_110;4'b0010:Led=7'b1011_011;4'b0011:Led=7'b1001_111;4'b0100:Led=7'b1100_110;4'b0101:Led=7'b1101_101;4'b0110:Led=7'b1111_101;4'b0111:Led=7'b0000_111;4'b1000:Led=7'b1111_111;4'b1001:Led=7'b1101_111;default:Led=7'b0000_000;endcaseif(SEL==3'b010)case(gewei2)4'b0000:Led=7'b0111_111;4'b0001:Led=7'b0000_110;4'b0010:Led=7'b1011_011;4'b0011:Led=7'b1001_111;4'b0100:Led=7'b1100_110;104'b0101:Led=7'b1101_101;4'b0110:Led=7'b1111_101;4'b0111:Led=7'b0000_111;4'b1000:Led=7'b1111_111;4'b1001:Led=7'b1101_111;default:Led=7'b0000_000;endcaseif(SEL==3'b001)Led=7'b1000_000;if(SEL==3'b000)case(shiwei3)4'b0000:Led=7'b0111_111;4'b0001:Led=7'b0000_110;4'b0010:Led=7'b1011_011;4'b0011:Led=7'b1001_111;4'b0100:Led=7'b1100_110;4'b0101:Led=7'b1101_101;4'b0110:Led=7'b1111_101;4'b0111:Led=7'b0000_111;4'b1000:Led=7'b1111_111;4'b1001:Led=7'b1101_111;default:Led=7'b0000_000;endcaseif(SEL==3'b111)case(gewei3)4'b0000:Led=7'b0111_111;4'b0001:Led=7'b0000_110;4'b0010:Led=7'b1011_011;4'b0011:Led=7'b1001_111;4'b0100:Led=7'b1100_110;4'b0101:Led=7'b1101