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1、 自動打鈴系統(tǒng)設計說明書 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè) 班 級： 報告提交日期：201 目錄 一、題目及要求簡介……………3 1.設計題目…………………3 2.總體要求簡介…

2、…………3 二、設計方案說明……………3 三、系統(tǒng)采用器件以及模塊說明………3 1.系統(tǒng)框圖…………4 2.選擇的FPGA芯片及配置………4 3.系統(tǒng)端口和模塊說明…………5 四、各部分仿真結果………5 五、調試及總結………6 六、參考文獻……7 七、附錄………7 一、 題目及要求簡介 1、設計題目 設計一個多功能自動打鈴系統(tǒng) 2、總體要求簡介 ① 基本計時和顯示功能（24小時制顯示），包括： 1. 24小時制顯示 2. 動態(tài)掃描顯示； 3. 顯示格式：88-88-88 ② 能設置當前時

3、間(含時、分) ③ 能實現(xiàn)基本打鈴功能，規(guī)定： 06:00起床鈴，打鈴5s 二、 設計方案說明 本次設計主要采用Verilog HDL硬件描述性語言、分模塊法設計的自動打鈴系統(tǒng)。由于這次用的開發(fā)板提供的是50M晶振。首先要對時鐘進行分頻，當計時到2FA_F07F時完成1s分頻，通過計時到60s產(chǎn)生分鐘進位信號，再通過60分鐘產(chǎn)生時鐘進位信號。最后通過6個寄存器對時分秒進行鎖存最終輸出到8個數(shù)碼管上完成顯示。當顯示時鐘和默認鬧鐘時鐘相等時，驅動打鈴模塊。通過key_mode,key_turn,key_change查看鬧鐘，時鐘顯示，調整時鐘。 三、 系統(tǒng)采用器件以及

4、模塊說明 1.系統(tǒng)框圖如下： 系統(tǒng)框圖如下： 2.選擇的FPGA芯片及配置：本次系統(tǒng)設計采用的FPGA芯片是Alter公司生產(chǎn)的Cyclone II EP2C8Q208C8。該芯片是208個管腳，138個IO，并且具有兩個內部PLL，而且內嵌乘法器，8K的邏輯門，資源相當豐富。完成這次自動打鈴系統(tǒng)的設計總共消耗250個LE單元，22個IO口，131個寄存器。經(jīng)過綜合后，本系統(tǒng)最高能實現(xiàn)145M的運行速度。通過Quartus II 軟件觀察到內部的RTL圖如下 3.系統(tǒng)端口和模塊說明 (1)分頻部分 分頻器的作用是對50Mhz的系統(tǒng)時鐘信號進行分頻，得到頻率為1hz的信號，即為

5、1S的計時信號。 (2)按鍵部分 按鍵key_mode--0為顯示計時，1為鬧鐘顯示，2為調整時間。 按鍵key_turn—0為調整小時，1為調整分鐘。 按鍵key_change—每按一次加1 (3)計時部分 通過sec_L,sec_H,min_L,min_H,hour_L,hour_H 6個寄存器對時分秒進行鎖存然后送入數(shù)碼管顯示 (4） 鬧鐘模塊 當設定的鬧鐘時間和數(shù)碼管上顯示的時間相等時驅動鬧鐘，完成打鈴，持續(xù)時間5s。 （5）數(shù)碼管顯示模塊 顯示模塊是由8個位選8個段選構成的顯示模塊，利用人眼的余暉效果完成動態(tài)掃描，顯示時間。 四、 各部分仿真結果 測

6、試文件如下： module clock_tb; reg sysclk，rst_b; reg key_mode,key_turn,key_change; wire buzzer; wire [7:0] led_sel,led_data; clock I_clock( .sysclk (sysclk),.rst_b (rst_b),.key_mode (key_mode), .key_change (key_change),.key_turn (key_turn),.buzzer (buzzer),.led_sel (led_sel),.led_data (led_da

7、ta)); initial begin sysclk = 1b1; rst_b = 1b0; //復位信號 #30 rst_b = 1b1; end always #10 sysclk = ~sysclk; //輸入的系統(tǒng)時鐘，20ns的周期 endmodule 五、 調試及總結 本次課程設計總共花費了四天左右的時間，設計了自動打鈴系統(tǒng)。通過這次的設計更加熟悉了對EDA技術的了解和認識，在中也發(fā)現(xiàn)許多不足的地方。使用了自頂而下的設計方法，使得設計更加的簡單和明了。在調試過程中，有些代碼的設計不規(guī)范性，導致時序相當緩慢，甚至編譯綜合都會報錯。在不斷的修改下

8、，發(fā)現(xiàn)時序電路和組合邏輯最好分開寫，這樣便于查錯，和修改代碼。畢竟Verilog HDL語言不同于C語言，不能以軟件的思想來設計，而是要利用電路的思想來編程，這樣可以更好的節(jié)省資源，使得時序也比較的簡單明了。在以后的學習及程序設計當中，我們一定要倍加小心，在程序出現(xiàn)不正常運行的情況下要耐心調試，盡量做到精益求精。 最后通過這次EDA方面的課程設計， 提高了我們對EDA領域及通信電路設計領域的認識，有利于培養(yǎng)我們在通信電路EDA方面的設計能力。有利于鍛煉我們獨立分析問題和解決問題的能力。 六、 文獻參考 [1] . 王金明、左自強 編，《EDA技術與Verilog設計》科學出版社 2

9、008.8 [2] . 杜慧敏、李宥謀、趙全良 編，《基于Verilog的FPGA設計基礎》 西安電子科技大學出版社 2006.2 [3] . 韓彬 編，《從零開始走進FPGA世界》杭州無線電愛好者協(xié)會出版社 2011.8.20 七、 附錄（實物圖及源碼） module clock(//Input sysclk,rst_b,key_mode,key_change,key_turn, //Output buzzer,led_sel,led_data ); input sysclk,rst_b; //sysclk--global sy

10、stem clock,rst_b--global reset signal input key_mode;//mode choose .0--Timing function.1--Alarm clock function.2--adjust function input key_turn;//choose adjust minute or hour input key_change;//count add 1 output buzzer; //device buzzer output [7:0] led_sel;//led tube bit choose output [

11、7:0] led_data;//led_tube 8 bit data choose parameter init_hour = 8h12; parameter init_min = 8h59; parameter init_sec = 8h50; //initial time :12:59:50 parameter init_alarm_hour = 8h06; parameter init_alarm_min = 8h30;//initial alarm time : 06:30:0 parameter Count_1s = 28h2FA_F07F; //count

12、time 1s; reg [7:0] sec; reg [7:0] min; reg [7:0] hour; reg [3:0] min_L; //minute low 4 bit reg [3:0] min_H; //minute high 4 bit reg [3:0] hour_L; //hour low 4 bit reg [3:0] hour_H; //hour high 4 bit reg [23:0] key_time; //press key away shake reg key_mode_n; //press key_mode next sta

13、te reg key_change_n; //press key_change next state reg key_turn_n; //press key_turn next state wire key_mode_press; //sure Button press key_mode wire key_turn_press; //sure button press key_turn wire key_change_press;//sure button press key_change always @ (posedge sysclk ) key_mode_n

14、<= key_mode; assign key_mode_press = (!key_mode) && (key_mode_n); always @ (posedge sysclk ) key_turn_n <= key_turn; assign key_turn_press = (!key_turn) && (key_turn_n); always @ (posedge sysclk ) key_change_n <= key_change; assign key_change_press = (!key_change) && (key_change_n); always @

15、 (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) key_time <= 24h0; else if(key_time != 24h0) key_time <= key_time + 24h1; else if((key_time == 24h0) && (key_mode_press || key_change_press || key_turn_press)) key_time <= key_time + 24h1; end reg [1:0] mode_num; //key mode ..0--Timin

16、g function.1--Alarm clock function.2--adjust function always @ (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) mode_num <= 2b00; else if(mode_num == 2h3) mode_num <= 2h0; else if(key_mode_press && (key_time == 24h0)) mode_num <= mode_num + 2h1; end always @ (*) begin if(mode_n

17、um == 2h1)begin min = init_alarm_min; hour = init_alarm_hour; end else begin min = {min_H,min_L}; hour = {hour_H,hour_L}; end end reg fm; //choose turn hour or minute always @ (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) fm <= 1b0; else if(key_turn_press && (mode_num == 2

18、h2) && (key_time == 24h0)) fm <= ~fm; end reg [27:0] time_cnt; ///count time reg [27:0] time_cnt_n; //count time next state always @ (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) time_cnt <= 28h0; else time_cnt <= time_cnt_n; end always @ (*) begin if(time_cnt == Count_1s)

19、 time_cnt_n <= 28h0; else if(mode_num != 2h0) time_cnt_n <= time_cnt; else time_cnt_n <= time_cnt + 28h1; end reg [3:0] sec_L; //second low 4 bit reg [3:0] sec_H; //second high 4 bit wire sec_cb; //second carry bit signal assign sec_cb = (sec_L == 4h9) && (sec_H == 4h5); always @ (

20、posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b)begin sec_L <= init_sec[3:0]; sec_H <= init_sec[7:4]; end else if((sec_L == 4h9) && (sec_H != 4h5) && (time_cnt == Count_1s)) begin sec_L <= 4h0; sec_H <= sec_H + 4h1; end else if(sec_cb && (time_cnt == Count_1s)) begin sec_L <

21、= 4h0; sec_H <= 4h0; end else if(time_cnt == Count_1s) sec_L <= sec_L + 4h1; end wire min_cb; //minute carry bit signal assign min_cb = (min_L == 4h9) && (min_H == 4h5); always @ (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b)begin min_L <= init_min[3:0]; min_H <= init_min[7:

22、4]; end else if((sec_cb) && (min_L !=4h9) && (time_cnt == Count_1s)) min_L <= min_L + 4h1; else if((sec_cb) && (min_L == 4h9) && (min_H != 4h5) && (time_cnt == Count_1s)) begin min_L <= 4h0; min_H <= min_H + 4h1; end else if((sec_cb) && (min_cb) && (time_cnt == Count_1s)) begin

23、 min_L <= 4h0; min_H <= 4h0; end else if((fm) && (mode_num == 2h2) && (key_change_press) && (key_time == 24h0) && (min_L != 4h9)) min_L = min_L + 4h1; else if((fm) && (mode_num == 2h2) &&(key_change_press) && (key_time == 24h0) && (min_L == 4h9) && (min_H !=4h5)) begin min_L = 4h0; mi

24、n_H = min_H + 4h1; end else if((fm) && (mode_num == 2h2) &&(key_change_press) && (key_time == 24h0) && (min_L == 4h9) && (min_H ==4h5)) begin min_L = 4h0; min_H = 4h0; end end always @ (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) begin hour_L <= init_hour[3:0]; hour_H <=

25、init_hour[7:4]; end else if((sec_cb) && (min_cb) && (hour_L != 4h9) && (hour_H != 4h2) && (time_cnt == Count_1s)) hour_L <= hour_L + 4h1; else if((sec_cb) && (min_cb) && (hour_L != 4h3) && (hour_H == 4h2) && (time_cnt == Count_1s)) hour_L <= hour_L + 4h1; else if((sec_cb) && (min_cb) &

26、& (hour_L == 4h9) && (hour_H != 4h2) && (time_cnt == Count_1s)) begin hour_L <= 4h0; hour_H <= hour_H + 4h1; end else if((sec_cb) && (min_cb) && (hour_L == 4h3) && (hour_H == 4h2) && (time_cnt == Count_1s)) begin hour_L <= 4h0; hour_H <= 4h0; end else if((!fm) && (mode_num == 2h2)

27、&&(key_change_press) && (key_time == 24h0) && (hour_L != 4h9) && (hour_H !=4h2)) hour_L <= hour_L + 4h1; else if((!fm) && (mode_num == 2h2) &&(key_change_press) && (key_time == 24h0) && (hour_L != 4h3) && (hour_H ==4h2)) hour_L <= hour_L + 4h1; else if((!fm) && (mode_num == 2h2) &&(key_cha

28、nge_press) && (key_time == 24h0) && (hour_L == 4h9) && (hour_H !=4h2)) begin hour_L <= 4h0; hour_H <= hour_H + 4h1; end else if((!fm) && (mode_num == 2h2) &&(key_change_press) && (key_time == 24h0) && (hour_L == 4h3) && (hour_H ==4h2)) begin hour_L <= 4h0; hour_H <= 4h0; end end

29、 wire buzzer_en; assign buzzer_en = (init_alarm_min == {min_H,min_L}) && (init_alarm_hour == {hour_H,hour_L}); led_tube I_led_tube ( .sysclk (sysclk), .rst_b (rst_b), .scan_time (24h1F090), .data0 ({1h1,sec_L}), .data1 ({1h1,sec_H}), .data2 ({1h1,4hA}), .data3 ({1h1,min[3:0]}), .data4 ({1h1,min[7:4]}), .data5 ({1h1,4hA}), .data6 ({1h1,hour[3:0]}), .data7 ({1h1,hour[7:4]}), .led_data (led_data), .led_sel (led_sel) ); buzzer I_buzzer ( .sysclk (sysclk), .rst_b (rst_b), .buzzer_en (buzzer_en), .buzzer (buzzer) ); endmodule