VHDL数字时钟实验报告

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1、VHDL数字时钟设计一、实验目的：进一步练习VHDL语言设计工程的建立与仿真的步骤和方法、熟悉VHDL语言基本设计实体的编写方法。同时，在已有知识的基础上，简单综合编写程序，仿制简单器械。二、实验环境：PC个人计算机、WindowsXP操作系统、QuartusII集成开发环境软件。三、设计要求：运用VHDL语言编写一个数字钟，具体要求：1. 具有时、分、秒计数的十进制数字显示功能，以24小时循环计时。2. 具有手动调节小时，分钟的功能。3. 具有闹钟的功能，能够在设定的闹钟时间发出闹铃声。四、实验步骤：1. 定义输入输出信号量port(clk:instd_logic;-时钟speak:outs

2、td_logic;-铃dout:outstd_logic_vector(7downto0);-晶体管显示setclk:instd_logic_vector(2downto0);-操作按钮d1,d2,d3,d4,d5,d6:outstd_logic);-六个晶体管2. 定义结构体中的信号量-时分秒的个位和十位signalsel:std_logic_vector(2downto0);signalhou1:std_logic_vector(3downto0);signalhou2:std_logic_vector(3downto0);signalmin1:std_logic_vector(3down

3、to0);signalmin2:std_logic_vector(3downto0);signalseth1:std_logic_vector(3downto0);signalseth2:std_logic_vector(3downto0);signalsetm1:std_logic_vector(3downto0);signalsetm2:std_logic_vector(3downto0);signalsec1:std_logic_vector(3downto0);signalsec2:std_logic_vector(3downto0);signalh1:std_logic_vector

4、(3downto0);signalh2:std_logic_vector(3downto0);signalm1:std_logic_vector(3downto0);signalm2:std_logic_vector(3downto0);signals1:std_logic_vector(3downto0);signals2:std_logic_vector(3downto0);signalsph1,sph2,spm1,spm2,sps1,sps2:std_logic_vector(3downto0);signalcount_sec:std_logic_vector(9downto0);sig

5、nalsec_co:std_logic;signalco1,co2,co3,co4:std_logic;-进位signalswitch:std_logic_vector(1downto0);-表示状态3.分频模块用来定义秒count_sec用来计时钟个数，当count_sec=1111111111时，及得到1Hz信号。代码如下：process(clk)is-defineasecondbeginif(clkeventandclk=1)thenif(count_sec=1111111111)thencount_sec=0000000000;sec_co=1;elsecount_sec=count_

6、sec+1;sec_co=0;endif;endif;endprocess;4时钟正常走时模块该模块使用6个进程实现，分别为秒个位计时、秒十位计时、分个位计时、分十位计时、时个位计时、时十位计时。process(sec_co)is秒个位beginifswitch=00then-正常状态ifsec_co=1thenifsec2=1001thensec2=0000;co1=1;elsesec2=sec2+1;co1=0;endif;endif;elsifswitch=01then-调时状态sec2=0000;endif;endprocess;process(co1)isbegin秒十位ifswit

7、ch=00thenifco1eventandco1=1thenif(sec1=0101)thensec1=0000;co2=1;elsesec1=sec1+1;co2=0;endif;endif;elsifswitch=01thensec1=0000;endif;endprocess;process(co1,co2)is分钟个位beginifswitch=00thenifco2eventandco2=1thenifmin2=1001thenmin2=0000;co3=1;elsemin2=min2+1;co3=0;endif;endif;elsifswitch=01thenmin2=setm2

8、;endif;endprocess;process(co3)is分钟十位beginifswitch=00thenifco3=1thenifmin1=0101thenmin1=0000;co4=1;elsemin1=min1+1;co4=0;endif;endif;elsifswitch=01thenmin1=setm1;endif;endprocess;process(co4)小时beginifswitch=00thenifco4=1thenif(hou1=0010)then-小时十位为2时，个位满3进一if(hou2=0011)thenhou2=0000;hou1=0000;elsehou2

9、=hou2+1;endif;else-小时十位为0或1，个位满9进一if(hou2=1001)thenhou2=0000;hou1=hou1+1;elsehou2=hou2+1;endif;endif;endif;elsifswitch=01thenhou1=seth1;hou2=seth2;endif;endprocess;5调时模块该进程用来控制时钟状态，switch为“00”时正常显示时间，为“01”时是进行调时,为“10”时是设置闹钟时间。代码如下：process(setclk(0)isbeginif(setclk(0)eventandsetclk(0)=1)thenif(switch

10、=10)thenswitch=00;elseswitch=switch+1;endif;endif;endprocess;process(setclk(2),switch,setclk(1)isbegin-setclk(l)为1调分if(switch=01andsetclk(1)=1)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=1)thenif(setm2=1001)thensetm2=0000;if(setm1=0101)thensetm1=0000;elsesetm1=setm1+1;endif;elsesetm2=setm2+1;endif;endif;endif

11、;endprocess;process(setclk(2),switch,setclk(1)isbegin-setclk(l)为0调时if(switch=01andsetclk(1)=0)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=l)thenif(sethl=00l0)thenif(seth2=00ll)thensethl=0000;seth2=0000;elseseth2=seth2+l;endif;elseif(seth2=l00l)thensethl=sethl+l;seth2=0000;elseseth2=seth2+l;endif;endif;endif;e

12、ndif;endprocess;6闹钟模块该模块由3个小模块组成，分别为设置闹钟时间、判断闹钟时间是否到达以及闹铃声音模块。(1)设置闹钟时间模块该进程用于设置闹钟时间。信号量switch为10时，表示设置闹钟时间；if(switch=10)then-调闹钟时，显示闹钟设置时间ifsel=000thend1doutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=001thend2doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=010thend3doutdoutdoutdo

13、utdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=011thend4doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=100thend5doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=101thend6doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;endif;(2)闹铃声音模块通过分频产生蜂鸣，即发出闹铃声音。process(swit

14、ch)is闹铃begin-设置闹铃时秒归零ifswitch=10thensps1=0000;sps2=0000;endif;endprocess;process(switch,setclk(2),setclk(1)isbeginif(switch=10andsetclk(1)=1)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=1)thenif(spm2=1001)thenspm2=0000;if(spm1=0101)thenspm1=0000;elsespm1=spm1+1;endif;elsespm2=spm2+1;endif;endif;endif;endproces

15、s;process(switch,setclk(2),setclk(1)isbeginif(switch=10andsetclk(1)=0)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=1)thenif(sph1=0010)thenif(sph2=0011)thensph1=0000;sph2=0000;elsesph2=sph2+1;endif;elseif(sph2=1001)thensph2=0000;sph1=sph1+1;elsesph2=sph2+1;endif;endif;endif;endif;endprocess;process(clk,sph1,sph

16、2,spm1,spm2,hou1,hou2,min1,min2)isbeginif(sph1=hou1andsph2=hou2andspm1=min1andspm2=min2)thenspeak=clk;elsespeak=0;endif;endprocess;7数码管显示模块(1)选择时间显示process(key1,key2,change)beginif(key1=0)and(key2=0)thensec_0=sec_00;sec_1=sec_11;min_0=min_00;min_1=min_11;hour_1=hour_11;hour_0=hour_00;elsif(key1=1)an

17、d(key2=0)thensec_0=sec_000;sec_1=sec_111;min_0=min_000;min_1=min_111;hour_0=hour_000;hour_1=hour_111;elsif(key1=0)and(key2=1)thensec_0=sec_0000;sec_1=sec_1111;min_0=min_0000;min_1=min_1111;hour_0=hour_0000;hour_1=hour_1111;endif;endprocess;2)数码管时间显示ifsel=000thend1doutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;el

18、sifsel=001thend2doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=010thend3doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=011thend4doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=100thend5doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=101th

19、end6doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;endif;五、实验结果分析总结：该程序基本实现了数字时钟的基本功能，能够正常走时，并且可以校正时间，还可以进行闹钟设置。通过这次VHDL课程设计，我学到了很多，对于原本掌握的不好的数字逻辑相关知识，在课程设计具体实践中有了很深刻的认识，在对于QuartusII的操作上也有很大的提高，增加了操作的熟练程度，现在我已经有信心做任何的设计课题。在编程中还遇到其他一些小问题，有好多都是由于不够细心，不够严谨造成的，通过编程，我会一步步养成一个好的编程习惯，尽量避免一些不

20、必要的错误，一步步提高自己。在今后的学习中，我还需要不断学习，不断锻炼自己。六、附：源代码libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityclockisport(clk:instd_logic;-时钟speak:outstd_logic;-铃dout:outstd_logic_vector(7downto0);-晶体管显示setclk:instd_logic_vector(2downto0);-操作按钮d1,d2,d3,d4,d5,d6:outstd_logic);-六个晶体管endenti

21、tyclock;architectureoneofclockissignalsel:std_logic_vector(2downto0);signalhou1:std_logic_vector(3downto0);-时分秒的个位和十位signalhou2:std_logic_vector(3downto0);signalmin1:std_logic_vector(3downto0);signalmin2:std_logic_vector(3downto0);signalseth1:std_logic_vector(3downto0);signalseth2:std_logic_vector(3

22、downto0);signalsetm1:std_logic_vector(3downto0);signalsetm2:std_logic_vector(3downto0);signalsec1:std_logic_vector(3downto0);signalsec2:std_logic_vector(3downto0);signalh1:std_logic_vector(3downto0);signalh2:std_logic_vector(3downto0);signalm1:std_logic_vector(3downto0);signalm2:std_logic_vector(3do

23、wnto0);signals1:std_logic_vector(3downto0);signals2:std_logic_vector(3downto0);signalsph1,sph2,spm1,spm2,sps1,sps2:std_logic_vector(3downto0);signalcount_sec:std_logic_vector(9downto0);signalsec_co:std_logic;signalco1,co2,co3,co4:std_logic;-进位signalswitch:std_logic_vector(1downto0);-表示状态beginprocess

24、(clk)is-defineasecondbeginif(clkeventandclk=1)thenif(count_sec=1111111111)thencount_sec=0000000000;sec_co=1;elsecount_sec=count_sec+1;sec_co=0;endif;endif;endprocess;process(sec_co)is秒个位beginifswitch=00then-正常状态ifsec_co=1thenifsec2=1001thensec2=0000;co1=1;elsesec2=sec2+1;co1=0;endif;endif;elsifswitc

25、h=01then-调时状态sec2=0000;endif;endprocess;process(co1)is秒十位beginifswitch=00thenifco1eventandco1=1thenif(sec1=0101)thensec1=0000;co2=1;elsesec1=sec1+1;co2=0;endif;endif;elsifswitch=01thensec1=0000;endif;endprocess;process(co1,co2)is分钟个位beginifswitch=00thenifco2eventandco2=1thenifmin2=1001thenmin2=0000;

26、co3=1;elsemin2=min2+1;co3=0;endif;endif;elsifswitch=01thenmin2=setm2;endif;分钟十位endprocess;process(co3)isbeginifswitch=00thenifco3=1thenifmin1=0101thenmin1=0000;co4=1;elsemin1=min1+1;co4=0;endif;endif;elsifswitch=01thenmin1=setm1;endif;endprocess;process(co4)小时beginifswitch=00thenifco4=1thenif(hou1=0

27、010)then-小时十位为2时，个位满3进if(hou2=0011)thenhou2=0000;hou1=0000;elsehou2=hou2+1;endif;else-小时十位为0或1，个位满9进一if(hou2=1001)thenhou2=0000;hou1=hou1+1;elsehou2=hou2+1;endif;endif;endif;elsifswitch=01thenhou1=seth1;hou2=seth2;endif;endprocess;process(setclk(0)is-控制时钟状态，00正常，01调时，10闹钟beginif(setclk(0)eventandset

28、clk(0)=1)thenif(switch=10)thenswitch=00;elseswitch=switch+1;endif;endif;endprocess;process(setclk(2),switch,setclk(1)isbegin-setclk(l)为1调分if(switch=01andsetclk(1)=1)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=1)thenif(setm2=1001)thensetm2=0000;if(setm1=0101)thensetm1=0000;elsesetm1=setm1+1;endif;elsesetm2=set

29、m2+1;endif;endif;endif;endprocess;process(setclk(2),switch,setclk(1)isbeginif(switch=01andsetclk(1)=0)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=1)thenif(seth1=0010)thenif(seth2=0011)thenseth1=0000;seth2=0000;elseseth2=seth2+1;endif;elseif(seth2=1001)thenseth1=seth1+1;seth2=0000;elseseth2=seth2+1;endif;endif

30、;endif;endif;endprocess;process(switch)is闹铃begin-设置闹铃时秒归零ifswitch=10thensps1=0000;sps2=0000;endif;endprocess;process(switch,setclk(2),setclk(1)isbeginif(switch=10andsetclk(1)=1)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=1)thenif(spm2=1001)thenspm2=0000;if(spm1=0101)thenspm1=0000;elsespm1=spm1+1;endif;elsespm

31、2=spm2+1;endif;endif;endif;endprocess;process(switch,setclk(2),setclk(1)isbeginif(switch=10andsetclk(1)=0)thenif(setclk(2)eventandsetclk(2)=1)thenif(sph1=0010)thenif(sph2=0011)thensph1=0000;sph2=0000;elsesph2=sph2+1;endif;elseif(sph2=1001)thensph2=0000;sph1=sph1+1;elsesph2=sph2+1;endif;endif;endif;e

32、ndif;endprocess;process(clk,sph1,sph2,spm1,spm2,hou1,hou2,min1,min2)isbeginif(sph1=hou1andsph2=hou2andspm1=min1andspm2=min2)thenspeak=clk;elsespeak=0;endif;endprocess;process(clk)模6计数begin-控制晶体管显示ifclkeventandclk=1thenifsel=101thensel=000;elsesel=sel+1;endif;endif;endprocess;process(sel)isbeginh1=ho

33、u1;h2=hou2;m1=min1;m2=min2;s1=sec1;s2=sec2;d1=1;d2=1;d3=1;d4=1;d5=1;d6=1;if(switch=10)then-调闹钟时，显示闹钟设置时间ifsel=000thend1doutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=001thend2doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=010thend3doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;els

34、ifsel=011thend4doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=100thend5doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=101thend6doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elseendif;ifsel=000thend1doutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=001thend2do

35、utdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=010thend3doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=011thend4doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=100thend5doutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;elsifsel=101thend6doutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=XXXXXXXX;endcase;endif;endif;endprocess;endarchitecture;