基于FPGA的VerilogHDL数字钟设计

基于FPGA的Verilog-HDL数字钟设计--

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基于FPGA的Verilog HDL数字钟设计

专业班级姓名学号

一、实验目的

1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程；

2.熟悉一种EDA软件使用；

3.掌握Verilog设计方法；

4.掌握分模块分层次的设计方法；

5.用Verilog完成一个多功能数字钟设计;

6.学会FPGA的仿真。

二、实验要求

功能要求：

利用实验板设计实现一个能显示时分秒的多功能电子钟，基本功能：

1)准确计时，以数字形式显示时、分、秒，可通过按键选择当前显示时间范围模式；

2)计时时间范围00:00:00－23:59:59

3)可实现校正时间功能；

4)可通过实现时钟复位功能：00:00:00

扩展功能：

5)定时报：时间自定(不要求改变)，闹1分钟(1kHz)---利用板上LED或外接电路实现。

6)仿广播电台正点报时：XX:59:[51,53,55,57(500Hz);59(1kHz)] ---用板上LED或外接

7)报整点时数：XX:00:[00.5-XX.5](1kHz)，自动、手动---用板上LED或外接

8)手动输入校时；

9)手动输入定时闹钟；

10)万年历；

11)其他扩展功能；

设计步骤与要求：

1)计算并说明采用Basys2实验板时钟50MHz实现系统功能的基本原理。

2)在Xilinx ISE13.1 软件中，利用层次化方法，设计实现模一百计数及显示的电路系

统，设计模块间的连接调用关系，编写并输入所设计的源程序文件。

3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快

得出仿真结果）。

4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit文件。

5)在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。

三、实验设计

功能说明：实现时钟，时间校时，闹铃定时，秒表计时等功能

1.时钟功能：完成分钟/小时的正确计数并显示；秒的显示用LED灯的闪烁做指示；

时钟利用4位数码管显示时分；

2.闹钟定时：实现定时提醒及定时报时，利用LED灯代替扬声器发出报时声音；

3.时钟校时：当认为时钟不准确时，可以分别对分钟和小时位的值进行调整；

4.秒表功能：利用4个数码管完成秒表显示：可以实现清零、暂停并记录时间等功能。

秒表利用4位数码管计数；

方案说明：本次设计由时钟模块和译码模块组成。时钟模块中50MHz的系统时钟clk分频产

生一个1Hz的使能控制信号enable，并以此产生1s的脉冲second_en以实现每秒计时，控制各个模式下的计数显示。

由模式控制信号选择当前数码管显示哪个状态：

mode=00，时钟常规显示状态，

mode=01，闹铃定时状态，

mode=10，时钟校时状态，

mode=11，秒表计时状态；

时钟：利用count，smin0，smin1，shour0，shour1的计数来实现，具体情况见程序；

校时：当turn=1时，调整分位smin1、smin0；当turn=0时，调整小时位shour1、shour0；

闹铃：当turn=1时，调整分位amin1、amin0；当turn=0时，调整小时位ahour1、ahour0；

秒表：当pause=0时，开始计时；当pause=1时，暂停。

四、实验代码

时钟模块

module clock(clk,

clr,

pause,

turn,

mode,

sec,

min1,

min0,

hour1,

hour0,

alert,

LD_alert

);

input clk; //时钟信号(50MHz)

input clr; //清零键

input pause; //秒表暂停键

input turn; //调整分还是小时位的控制

input [1:0]mode; //决定时钟显示功能状态

output sec; //接发光二极管

output [3:0]min1; //用于输出接数码管4

output [3:0]min0; //用于输出接数码管3

output [3:0]hour1; //用于输出接数码管2

output [3:0]hour0; //用于输出接数码管1

output alert; //接发光二极管，代替蜂鸣器

output LD_alert; //当闹铃设定后，发光二极管显示

wire sec; //秒位显示

wire LD_alert; //用于闹铃存在时的提醒显示

//wire clk1; //时钟1s

//wire clk2; //时钟100ms，用于秒表最小计时单位//wire clr1;

reg [3:0]min1; //常规显示

reg [3:0]min0; //常规显示

reg [3:0]hour1; //常规显示

reg [3:0]hour0; //常规显示

reg [3:0]smin1; //校时

reg [3:0]smin0; //校时

reg [3:0]shour1; //校时

reg [3:0]shour0; //校时

reg [3:0]amin1; //闹铃

reg [3:0]amin0; //闹铃

reg [3:0]ahour1; //闹铃

reg [3:0]ahour0; //闹铃

reg [3:0]mmin1; //秒表

reg [3:0]mmin0; //秒表

reg [3:0]mhour1; //秒表

reg [3:0]mhour0; //秒表

reg alert; //当闹铃到时高电平输出reg [7:0]count;

reg [24:0]counter;

reg enable;

reg en1,en2;