vhdl课程设计(电子钟+闹铃)

数字钟的设计一、系统功能概述（一）、系统实现的功能：1、具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示（小时从00 ~ 23）。

2、具有手动校时、校分、校秒的功能。

3、有定时和闹钟功能，能够在设定的时间发出闹铃声。

4、能进行整点报时。

从59分50秒起，每隔2秒发一次低音“嘟”的信号，连续5次，最后一次为高音“嘀”的信号。

（二）、各项设计指标：1、显示部分采用的6个LED显示器，从高位至低位分别显示时、分、秒。

2、有一个设置调闹钟定时时间、正常时间的按钮，选择调的对象。

3、有三个按钮分别调时、分、秒的时间。

4、有一个按钮用作开启/关闭闹铃。

5、另外需要两个时钟信号来给系统提供脉冲信号，使时钟和闹钟正常工作，分别为1Hz、1kHz的脉冲。

二、系统组成以及系统各部分的设计1、系统结构描述//要求：系统（或顶层文件）结构描述，各个模块（或子程序）的功能描述；（一）系统的顶层文件：1、顶层文件图：（见下页）2、各模块的解释：（1）、7个输入量clk_1khz、clk_1hz、key_slt、key_alarm、sec_set、min_set、hour_set：其中clk_1khz为闹铃模块提供时钟，处理后能产生“嘟”、“嘀”和变化的闹铃声音；clk_1hz为计时模块提供时钟信号，每秒计数一次；key_slt选择设置对象：定时或正常时间；key_alarm能够开启和关闭闹铃；sec_set、min_set、hour_set用于设置时间或定时，与key_slt相关联。

各按键输出为脉冲信号。

（2）、CNT60_A_SEC模块：这个模块式将clk_1hz这个时钟信号进行60进制计数，并产生一个分钟的触发信号。

该模块能将当前计数值实时按BCD码的格式输出。

将该输出接到两位LED数码后能时时显示秒的状态。

通过alarm_clk可以选择设置对象为时间还是定时值。

在设置时间模式上，key上的一个输入脉冲可以将clk的输入信号加一。

在设置定时模式上，key 上的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲clk的状态。

同时该模块具有两个输出口out_do、out_di来触发整点报时的“嘟”、“嘀”声音。

（3）、CNT60_A_MIN模块：这个模块式将CNT60_A_SEC的输出信号进行60进制计数，并产生一个时位的触发信号。

该模块能将当前计数值实时按BCD码的格式输出。

将该输出接到两位LED数码后能时时显示分的状态。

通过alarm_clk可以选择设置对象为时间还是定时值。

在设置时间模式上，key上的一个输入脉冲可以将clk的输入信号加一。

在设置定时模式上，key上的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲clk的状态。

同时该模块具有三个输出口out_do、out_di、out_alarm来触发整点报时的“嘟”、“嘀”、闹铃声音。

（4）、CNT24_A_HOUR模块：这个模块式将CNT60_A_MIN的输出信号做24进制计数。

该模块能将当前计数值实时按BCD码的格式输出。

将该输出接到两位LED数码后能时时显示时的状态。

通过alarm_clk可以选择设置对象为时间还是定时值。

在设置时间模式上，key上的一个输入脉冲可以将clk的输入信号加一。

在设置定时模式上，key上的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲clk的状态。

同时该模块具有一个输出口out_alarm来触发整点报时的闹铃声音。

（5）、PWM_OUT模块：该模块为PWM产生模块，通过EN可开启和关闭PWM输出。

模块根据CLK信号二分频产生的高低音，并组合，能输出三种声音状态——“嘟”、“嘀”、闹铃。

而该三种声音要被秒、分、时的输出触发才能输出PWM。

（二）系统各个模块的VHDL程序：（1）、CNT60_A_SEC模块：程序源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt60_a_sec isport(clk,clr,enb: in std_logic;--clk：时钟输入信号，clr：清零端，enb：使能端key: in std_logic; --输入按键脉冲，调整闹铃定时或时间alarm_clk: in std_logic;--1:alarm 0:clk --设置模式选择：闹铃调节模式、时间调节模式qout_sl: out std_logic_vector(3 downto 0); --显示输出秒的低位qout_sh: out std_logic_vector(3 downto 0);--显示输出秒的高位co: out std_logic; --进位输出，触发分计数模块out_do: out std_logic;--在整点报时中输出“嘟”触发信号out_di: out std_logic --在整点报时中输出“嘀”触发信号);end;architecture a of cnt60_a_sec issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) --当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或闹铃模式切换beginif alarm_clk'event and alarm_clk='1' thenif ac_slt='0' then--如果为定时模式，将改为闹铃模式ac_slt<='1';elseac_slt<='0';end if;end if;end process;process(key,clk,ac_slt)--根据设置模式，处理key上的脉冲信号beginif ac_slt='0' then --时间调整模式aclk<='0';if clk='1' and key='1' then --clk=1则tclk<=0，通过挖洞方式添加一个脉冲tclk<='0';elsif clk='0' and key='1' then --clk=0,则tclk<=1,产生一个高电平，添加一脉冲tclk<='1';elsetclk<=clk;end if;elsif ac_slt='1' then --闹铃调整模式tclk<=clk;aclk<=key; --key上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) --60进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示秒的状态beginif clr='1' then--clearing works at the state of high voltageqout2_l<="0000";qout2_h<="0000";elsif tclk'event and tclk='1' thenif enb='1' then--enable works at high voltageif qout2_l="1001" and qout2_h="0101" thenqout2_l<="0000";--a full mode is completed and a carryout is generatedqout2_h<="0000";elsif qout2_l="1001" thenqout2_l<="0000";qout2_h<=qout2_h+1;elseqout2_l<=qout2_l+1;-- in process of countingend if;end if;end if;end process;process(aclk,clr,enb)--修改闹铃的定时值beginif clr='1' then--clearing works at the state of high voltagealarm_l<="0000";alarm_h<="0000";elsif aclk'event and aclk='1' thenif enb='1' then--enable works at high voltageif alarm_l="1001" and alarm_h="0101" thenalarm_l<="0000";--a full mode is completed and a carryout is generatedalarm_h<="0000";elsif alarm_l="0101" thenalarm_l<="0000";alarm_h<=alarm_h+1;elsealarm_l<=alarm_l+1;-- in process of countingend if;end if;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk)-- 产生进位,显示时间或闹铃定时值beginif qout2_l="0000" and qout2_h="0000" thenco<='1';elseco<='0';end if;if ac_slt='0' then -- 显示时间qout_sl<=qout2_l;qout_sh<=qout2_h;else -- 显示定时值qout_sh<=alarm_h;qout_sl<=alarm_l;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h) -- 根据秒的状态输出“嘟”、“嘀”触发信号beginif qout2_h="0101" thenif qout2_l="0000" thenout_do<='1';elsif qout2_l="0010" thenout_do<='1';elsif qout2_l="0100" thenout_do<='1';elsif qout2_l="0110" thenout_do<='1';elsif qout2_l="1000" thenout_do<='1';elseout_do<='0';end if;elsif qout2_h="0000" thenif qout2_l="0000" thenout_di<='1';out_do<='0';elseout_di<='0';end if;elseout_do<='0';out_di<='0';end if;end process;end;（2）、CNT60_A_MIN模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt60_a_min isport(clk,clr,enb: in std_logic; --clk：时钟输入信号，clr：清零端，enb：使能端key: in std_logic; --输入按键脉冲，调整闹铃定时或时间alarm_clk: in std_logic; --1:alarm 0:clk --设置模式选择：闹铃调节模式、时间调节模式qout_ml: out std_logic_vector(3 downto 0); --显示输出分的低位qout_mh: out std_logic_vector(3 downto 0); --显示输出分的高位co: out std_logic; --进位输出，触发时计数模块out_alarm:out std_logic;--闹铃触发信号，时间到后输出高电平触发闹铃out_do,out_di: out std_logic--在整点报时中输出“嘟”“嘀”触发信号);end;architecture a of cnt60_a_min issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) --当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或闹铃模式切换beginif alarm_clk'event and alarm_clk='1' thenif ac_slt='0' then--如果为定时模式，将改为闹铃模式ac_slt<='1';elseac_slt<='0';end if;end if;end process;process(key,clk,ac_slt) --根据设置模式，处理key上的脉冲信号beginif ac_slt='0' then --时间调整模式aclk<='0';if clk='1' and key='1' then--clk=1则tclk<=0，通过挖洞方式添加一个脉冲tclk<='0';elsif clk='0' and key='1' then--clk=0,则tclk<=1,产生一个高电平，添加一脉冲tclk<='1';elsetclk<=clk;end if;elsif ac_slt='1' then --闹铃调整模式tclk<=clk;aclk<=key; --key上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) --60进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示分的状态beginif clr='1' then--clearing works at the state of high voltageqout2_l<="0000";qout2_h<="0000";elsif tclk'event and tclk='1' thenif enb='1' then--enable works at high voltageif qout2_l="1001" and qout2_h="0101" thenqout2_l<="0000";--a full mode is completed and a carryout is generatedqout2_h<="0000";elsif qout2_l="1001" thenqout2_l<="0000";qout2_h<=qout2_h+1;elseqout2_l<=qout2_l+1;-- in process of countingend if;end if;end if;end process;process(aclk,clr,enb) --修改闹铃的定时值beginif clr='1' then--clearing works at the state of high voltagealarm_l<="0000";alarm_h<="0000";elsif aclk'event and aclk='1' thenif enb='1' then--enable works at high voltageif alarm_l="1001" and alarm_h="0101" thenalarm_l<="0000";--a full mode is completed and a carryout is generatedalarm_h<="0000";elsif alarm_l="0101" thenalarm_l<="0000";alarm_h<=alarm_h+1;elsealarm_l<=alarm_l+1;-- in process of countingend if;end if;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk) -- 产生进位,显示时间或闹铃定时值of high voltagebeginif qout2_l="0000" and qout2_h="0000" thenco<='1';elseco<='0';end if;if ac_slt='0' thenqout_ml<=qout2_l;qout_mh<=qout2_h;elseqout_mh<=alarm_h;qout_ml<=alarm_l;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h) –判断定时值与时间值相等，输出闹铃触发信号beginif qout2_l=alarm_l and qout2_h=alarm_h thenout_alarm<='1';elseout_alarm<='0';end if;end process;process(qout2_l,qout2_h) -- 根据分的状态输出“嘟”、“嘀”触发信号beginif qout2_l="1001" and qout2_h="0101" thenout_do<='1';elseout_do<='0';end if;if qout2_l="0000" and qout2_h="0000" thenout_di<='1';elseout_di<='0';end if;end process;end;（3）、CNT24_A_HOUR模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt24_a_hour isport(clk,clr,enb: in std_logic; --clk：时钟输入信号，clr：清零端，enb：使能端key: in std_logic; --输入按键脉冲，调整闹铃定时或时间alarm_clk: in std_logic;--1:alarm 0:clk--设置模式选择：闹铃调节模式、时间调节模式qout_hl: out std_logic_vector(3 downto 0); --显示输出时的低位qout_hh: out std_logic_vector(3 downto 0); --显示输出时的高位co: out std_logic; --进位输出out_alarm:out std_logi--闹铃触发信号输出);end;architecture a of cnt24_a_hour issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) --当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或闹铃模式切换beginif alarm_clk'event and alarm_clk='1' thenif ac_slt='0' then--如果为定时模式，将改为闹铃模式ac_slt<='1';elseac_slt<='0';end if;end if;end process;process(key,clk,ac_slt) --根据设置模式，处理key上的脉冲信号beginif ac_slt='0' then --时间调整模式aclk<='0';if clk='1' and key='1' then--clk=1则tclk<=0，通过挖洞方式添加一个脉冲tclk<='0';elsif clk='0' and key='1' then--clk=0,则tclk<=1,产生一个高电平，添加一脉冲tclk<='1';elsetclk<=clk;end if;elsif ac_slt='1' then --闹铃调整模式tclk<=clk;aclk<=key; --key上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) --24进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示时的状态beginif clr='1' then--clearing works at the state of high voltageqout2_l<="0000";qout2_h<="0000";elsif tclk'event and tclk='1' thenif enb='1' then--enable works at high voltageif qout2_l="1001" thenqout2_l<="0000";--a full mode is completed and a carryout is generatedqout2_h<=qout2_h+1;elsif qout2_l="0011" and qout2_h="0010" thenqout2_l<="0000";qout2_h<="0000";elseqout2_l<=qout2_l+1;-- in process of countingend if;end if;end if;end process;process(aclk,clr,enb) --修改闹铃的定时值if clr='1' then--clearing works at the state of high voltagealarm_l<="0000";alarm_h<="0000";elsif aclk'event and aclk='1' thenif enb='1' then--enable works at high voltageif alarm_l="1001" thenalarm_l<="0000";--a full mode is completed and a carryout is generatedalarm_h<=qout2_h+1;elsif alarm_l="0011" and alarm_h="0010" thenalarm_l<="0000";alarm_h<="0000";elsealarm_l<=alarm_l+1;-- in process of countingend if;end if;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk) -- 产生进位,显示时间或闹铃定时值of high voltagebeginif qout2_l="0000" and qout2_h="0000" thenco<='1';elseco<='0';end if;if ac_slt='0' thenqout_hl<=qout2_l;qout_hh<=qout2_h;elseqout_hh<=alarm_h;qout_hl<=alarm_l;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h)--定时值与时间值相等，则输出闹钟触发信号beginif qout2_l=alarm_l and qout2_h=alarm_h thenout_alarm<='1';elseout_alarm<='0';end if;end process;2、系统以及各个模块的仿真波形（1）、系统仿真波形：注：由于下面的模块仿真存在毛刺，导致系统的仿真图有一定的问题。