vhdl课程设计(电子钟+闹铃)

1、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

2、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、mi

3、n_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）、

4、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

5、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P

6、WM。（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 qo

7、ut_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

8、 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_clkevent and alarm_clk=1 thenif ac_slt=0 then-如果为定时模式，将改为闹铃模

9、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=cl

10、k;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 tclkevent and tclk=1 thenif enb=1 then-enable works at high voltageif qout2_l=1001 and qout2_h=0101 thenqou

11、t2_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 volta

12、gealarm_l=0000;alarm_h=0000;elsif aclkevent 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 pr

13、ocess 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begin if qout2_l=0000 and qout2_h=0000 thenco=1;else co=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

14、;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

15、;out_do=0;else out_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

16、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

17、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

18、 alarm_clkevent 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，

19、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 tclkevent and tclk=1 thenif enb=1 then-e

20、nable 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) -

21、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 aclkevent 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=0

22、101 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 voltagebegin if qout2_l=0000 and qout2_h=0000 thenco=1;else co=0;end if;if ac_slt=0 thenqout_ml=qout2_l;q

23、out_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begin if 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 qo

24、ut2_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

25、 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 iss

26、ignal 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_clkevent an

27、d 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;elset

28、clk=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 tclkevent and tclk=1 thenif enb=1 then-enable works at hi

29、gh 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beginif c

30、lr=1 then-clearing works at the state of high voltagealarm_l=0000;alarm_h=0000;elsif aclkevent 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 thenalar

31、m_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 voltagebegin if qout2_l=0000 and qout2_h=0000 thenco=1;else co=0;end if;if ac_slt=0 thenqout_hl=qout2_l;qout_hh=qout2_h;el

32、seqout_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begin if qout2_l=alarm_l and qout2_h=alarm_h thenout_alarm=1;elseout_alarm=0;end if;end process;end;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。（2）、CNT60_A_SEC模块：注：在50、52、54、

33、56、58处有嘟触发输出，00处有嘀触发输出等。（3）、CNT60_A_MIN模块：注：本图展示了按键调节时间值和定时值的仿真波形（部分仿真图）。注：该模块的仿真波形图，具有嘟、嘀声音触发输出，定时与时间相等时有闹铃触发输出等。（4）、CNT24_A_HOUR模块注：该模块的仿真图，包含按键调整时间、定时值，闹钟触发输出等。（5）、PWM_OUT模块（分三段剪切下来的，展示了三种声音的效果）（1）、“嘟”、“嘀”输出波形（只有在en有脉冲，打开PWMO后，才有效）注：在打开输出后，当两路嘟、嘀触发输入同时有效时分别输出嘟、嘀声音。当两路闹铃触发同时有效时开始闹铃声音的输出。注：闹铃输出的变化情况（“嘀”、“嘟”交替发声）。注：闹铃输出的变化情况。3、下载时选择的开发系统模式以及管脚定义表1 GW48-CK开发系统工作模式：3接口名称类型(输入/输出)结构图上的信号名引脚号说