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题目名称:数字电子钟
摘要:
本次课程设计通过可编程器件 CPLD 实现数字电子钟 ,主要利用 VHDL 语言
和图形法在 Max+plusII 软件中完成电子钟主要单元的设计和调试,电子钟的计
数单元通过计数器实现,报时和闹铃单元通过比较器实现。利用可编程器件设
计电子系统相对传统的设计方式而言,设计、调试都更加容易,尤其是大中规
模电子系统的设计。
关键词:
数字电子钟 可编程器件 VHDL CPLD
设计指标:
用VHDL和图形法设计一个能显示时、分、秒的数字电子钟:
1. 利用实验箱输入的1024Hz的信号产生1Hz的标准秒信号和512Hz的信号,
其中1024Hz的信号和512Hz的信号用于输入到扬声器中;
2. 时为00~23二十四进制计数器,分、秒为00~59六十进制计数器;
3. LED显示器能够显示出时、分、秒;
4. 具有清零,调节时钟和分钟的功能;
5. 具有整点报时功能,每逢59min52s、59min54s、59min56s、59min5
8s输出512Hz低音信号,整点时输出1024Hz高音信号,输出时间均为1s;
6. 具有定时闹钟功能,有开关控制闹钟的开启和关闭,可任意设定一时间
(能设定小时和分钟),到时自动提醒,并通过扬声器输出1024Hz的高音信
号,持续一分钟,中间可关闭。
1024Hz 脉冲
计时单元和
报时单元
分频单元
闹铃单元
LED 显示
选择单元
( 选 择 哪 路 输
出在 LED 上显
示)
1.方案论证与比较
方案一:中小规模集成电路 用中小规模集成电路来实现数字钟,电路结构复杂,故障系
数大,不易调试。
方案二:CPLD 或 FPGA 可编程器件 使用可编程器件设计电路,由于使用软硬件结合的方
式,所以电路结构简单、调试也相对方便。与第一种方案比较优点是非常明显的。我选择
了第二种方案。
2.系统设计
2.1 总体设计
根据设计要求,初步思路如下:
1) 计时单元由三个计数器来实现,一个二十四进制的和两个六十进制的。整点报时单元
通过比较器和选择器实现;
2) 定时单元通过比较器或 RAM 实现;
3) 时间显示采用实验平台上的 6 个 LED 数码管分别显示时、分、秒,由于试验箱上已提
供译码器,所以设计中不再需要考虑译码电路;
4) 校时和闹铃定时通过键盘电路来输入。按键包括计数使能键、时钟调整使能键、分钟
调整键、小时调整键、预置闹钟键、闹钟开关键、闹钟设置清零键;
5) 闹铃和报时声响由扬声器产生,并且通过数据选择器来控制扬声器的高低音。
电路的总体设计框图如下图所示:
总 体
电 路 框图
2.2 单
1
元电路设计
2.2.1 分频单元
使用 VHDL 语言编写分频器件实现。
2.2.2 计时、报时单元
电路由三个计数器、两个二选一数据选择器和一个报时模块组成,器件均用 VHDL 语言
编写实现。计数使能输入低电平时开始计时。时钟调整使能控制能否进行校时,当其为高
电平时,分钟、小时调整键有效,输入一个脉冲小时或分钟增加 1。报时通过与当前时间
作比较,当要求时间到达时,输出相应的高低音信号到扬声器,否则输出低电平。
2.2.3 闹铃单元
器件由 VHDL 语言和原理图实现。当设定闹铃后,输入当前时间到器件中与所设定时间
进行比较,到达设定时间后,输出相应信号到扬声器。设定闹铃键控制随时设定闹铃,闹
钟开关控制所设定闹铃是否有效,且设定闹铃时同样使用分钟、小时调整键。
2.2.4 LED 显示选择电单元
器件由 VHDL 语言和原理图实现。当设定闹铃时 LED 显示闹铃设定的时间,退出闹铃
设定后继续显示时间。
3.软件设计
3.1 分频单元
分频单元通过两个 VHDL 编写的分频器件实现:
VHDL 程序:
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;
ENTITY FDC1 IS
PORT ( CLKI:IN STD_LOGIC;
CLKO:OUT STD_LOGIC);
END ENTITY FDC1;
ARCHITECTURE ONE OF FDC1 IS
SIGNAL C:STD_LOGIC_VECTOR(10 DOWNTO 0); --用于计数
BEGIN
PROCESS(CLKI)
BEGIN
IF CLKI'EVENT AND CLKI = '1' THEN --在上升沿触发
C<=C+1;
IF C<512 THEN CLKO<='0';
ELSIF C>=512 AND C<1024 THEN CLKO<='1';
ELSIF C=1024 THEN CLKO<='0';C<="00000000001"; --通过计数实现分频
END IF;
END IF;
END PROCESS;
END ONE;
功能:产生 1Hz 标准秒信号。
2
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xkz2008
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