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1.设计概述 - 2 - 2.设计内部实现逻辑 - 2 - 3.设计描述 - 4 - 2.设计显示小时、分钟、秒数的值“timer.vhd”的端口、内部 VHD
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2016 年《综合课程设计 2-1》课程实验报告(第三类实验)
实验题四:设计一个能显示时、分、秒
的实时时钟
姓名:王科
学号:1310583
专业:计算机科学与技术
完成日期:2016/4/10
- 1 -
目录
一、 实验内容 ...................................................................................................................................... - 2 -
二、 实验原理 ...................................................................................................................................... - 2 -
1.设计概述 ........................................................................................................................................... - 2 -
1.1 输入输出特性表 ................................................................................................................ - 2 -
1.2 设计外部端口 .............................................................................................................................. - 2 -
2.设计内部实现逻辑 ........................................................................................................................ - 2 -
2.1 信号产生器“singal_generator.vhd” .................................................................. - 3 -
2.2 显示正确的小时、分钟、秒数的值“timer.vhd”.............................................. - 3 -
2.3 顶层文件“clock.bdf” ................................................................................................ - 3 -
3.设计描述 ........................................................................................................................................... - 4 -
三、 实验步骤 ...................................................................................................................................... - 4 -
1.设计信号产生器“singal_generator.vhd”的端口、内部 VHDL 逻辑程序 ............ - 4 -
2.设计显示小时、分钟、秒数的值“timer.vhd”的端口、内部 VHDL 逻辑程序 ..... - 5 -
3.使用图形化方法设计原理图 ...................................................................................................... - 7 -
4.观察 FPGA 电路板,将输入输出端口进行引脚绑定 .......................................................... - 7 -
5.电路连接示意图 ............................................................................................................................. - 8 -
6.实验结果 ........................................................................................................................................... - 9 -
四、 实验原理图和 vhdl 程序 ...................................................................................................... - 11 -
1.整体原理图(“clock.bdf”) ............................................................................................. - 11 -
2.元部件 1(“singal_generator.vhd”).......................................................................... - 11 -
3.元部件 2(“timer.vhd”) ................................................................................................... - 12 -
五、 实验总结 .................................................................................................................................... - 17 -
1.实验遇到的问题 ........................................................................................................................... - 17 -
2.实验感悟 ......................................................................................................................................... - 17 -
- 2 -
一、 实验内容
本次实验是使用图形设计方法与 VHDL 编程相结合在 FPGA 芯片内构建独立逻
辑实验,要求设计一个能显示时、分、秒的实时时钟,通过 FPGA 板上的数码管
显示。初始时间为 0 时 0 分 0 秒。
二、 实验原理
1.设计概述
按照实验内容要求,设计一个实时显示时间的时钟,其初始时间为 0 时 0
分 0 秒,设计一个 reset 和 stop 按钮,当按下 reset 时,时间自动清零,当按
下 stop 时,时钟暂停跳动,再次按下时恢复跳动,其输入输出特性如下图:
1.1 输入输出特性表
INPUT
OUTPUT
clk
reset
stop
hourH
hourL
minH
minL
secH
secL
↑
1
x
0
0
0
0
0
0
↑
0
1
不变
不变
不变
不变
不变
不变
↑
0
0
计时
计时
计时
计时
计时
计时
1.2 设计外部端口
按照设计要求,即需要 3 个输入端口和 24 个输出端口,其中输入端口包括
时钟信号(clk)、重置信号(reset)、暂停/恢复信号(stop),输出信号包括
显示小时高位和低位、分钟高位和低位、秒数高位和低位,每个位数需要 4 位
共 24 个端口。
2.设计内部实现逻辑
即按照自底向上的设计方法,划分为三个模块,第一个模块是信号产生器,
即产生 1 秒的脉冲信号,第二个模块是接受 1 秒的 clk 信号进行计数并输出正确
的小时、分钟、秒数的值,第三个模块是顶层文件,将信号输出至 6 个七段数码
管上。
- 3 -
2.1 信号产生器“singal_generator.vhd”
此部分有一个输入端是 184.32KHZ 的时钟信号 clk,在内部进行分频,输出
一个周期是 1 秒的脉冲信号 clkout。其整体的外部模块图如下:
2.2 显示正确的小时、分钟、秒数的值“timer.vhd”
此部分的输入端是一个来自上一模块产生的时钟信号 clk,还有两个分别是
重置信号(reset)和暂停/恢复信号(stop)。输出是要显示的小时、分钟、秒
数的值,其整体的外部模块图如下:
2.3 顶层文件“clock.bdf”
此部分是顶层文件,将上面的两个模块连接起来,形成整体的时钟电路。其
逻辑电路图如下:
VCC
clk
INPUT
VCC
reset
INPUT
VCC
stop
INPUT
data0[3..0]
OUTPUT
data1[3..0]
OUTPUT
data2[3..0]
OUTPUT
data3[3..0]
OUTPUT
data4[3..0]
OUTPUT
data5[3..0]
OUTPUT
clkin
Reset
stop
data0[3..0]
data1[3..0]
data2[3..0]
data3[3..0]
data4[3..0]
data5[3..0]
timer
inst1
clkin
clkout
singal_generator
inst
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