eda课程设计之带定时功能的计时器

物理与电气工程学院课程实践报告

EDA带控制功能的计数器

姓 名 *** 1111****** 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气工程及其自动化1班 年 级 2011级 指导教师 刘***** 成 绩 日 期 2013.6.26

一、总体设计思想

1.基本原理

数字闹钟电路的基本结构由两个60进制计数和一个24进制计数器组成，分别对秒、分、小时进行计时，当计时到23时59分59秒时，再来一个计数脉冲，则计数器清零，重新开始计时。秒计数器的技术时钟CLK为HZ的标准信号。当数字闹钟处于计时状态时，秒计数器的进位输出信号作为分钟计数器的计数信号，分钟计数器的进位输出信号又作为小时计数器的计数信号时、分、秒得计时结果通过6个数码管来动态显示。因此，通过模式选择信号KEY1、KEY2控制数字钟的工作状态，使其分别工作于正常计时，调整分、时和设定闹钟分、时5个状态。当数字闹钟处于计时状态时，3个计数器允许计数，且秒、分、时计数器的计数时钟信号分别为CLK，秒的进位，分的进位；当数字闹钟处于闹钟定时状态时，可以设定小时和分；当计时到所设定的时刻时，驱动扬声器，持续1分钟。 2.设计框图

系统框图主要分为三部分：

第一部分为精准秒脉冲产生电路，这里我们采用频率为32.768KHz的标准晶振搭成精准的秒脉冲产生电路，为电子钟提供精准的秒脉冲输入。

第二部分为FPGA核心控制电路，主要由型号为EP3C25E144C8N的芯片经过编程以后，向译码显示电路提供控制信号。

第三部分为译码显示电路，由4片74LS47驱动4个7段数码管，

在核心控制电路输出的控制信号的控制下，显示相应的时、分、秒。具体框图如下图1所示。

图1

二、设计步骤和调试过程 1、总体设计电路

该数字钟可以实现3个功能：计时功能、定点报时功能和重

置时间功能，因此有3个子模块：计时、报时（speak）、重置时间(sd1，sd2)。其中计时模块有4部分构成：秒计时器（s1）、分计时器(m1)、时计时器(h1)。秒计时器（s1）是由一个60进制的计数器构成的，。clk为驱动秒计时器的时钟，s1为秒计时器的输出。分计时器（m1）是由一个60进制的计数器构成的，s1为驱动分计时器工作的时钟；m1为分计时器的输出；时计时器（h1）是由一个24进制的计数器构成的， m1为驱动时计时器工作的时钟，h1为时计时器的输出；

报时模块（speak）的功能是定时到时，speak输出高电平，并且持续一段时间。 （1）、秒脉冲产生电路

如下图所示，由32.768KHz的晶振产生经过CD4060分频产生精准的秒脉冲。

图2

（2）、FPGA 核 心控 制 电 路

对EP1K30TC144-3进行编程，输出控制信号。

图3

（3）、译 码 显 示 电路

如图，由CD4511驱动7段数码管进行显示。

图4

2、模块设计和相应模块程序

（1）、分计时器（second1）

-----------------------分钟十位

m110:process(clk,min2,sec1,sec2,md1,md2)

begin

if clk'event and clk='1' then

if (min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001") then

min1<="0000"; elsif

min1="0101"and

min2="1001"and

(md1='0'

and

md2="00")then

min1<="0000";

elsif (min2="1001"and (sec1="0101" and sec2="1001"))

or (min2="1001"and md1='0' and md2="00") then

min1<=min1+1;

end if; end if;--end if; end process m110; -----------------------分钟个位

m220:process(clk,sec1,sec2,md1,md2) begin

if clk'event and clk='1' then

if min2="1001"and (sec1="0101" and sec2="1001") then min2<="0000";

elsif min2="1001"and (md1='0' and md2="00") then

min2<="0000";

else if (sec1="0101" and sec2="1001") or(md1='0' and md2="00")then

min2<=min2+1;

end if; end if;end if; end process m220;

（2）、时计时器（hour1）

-----------------------------------------------小时十位

h110:process(clk,hou2,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2) begin

if clk'event and clk='1' then

if (hou1="00010" and hou2="00011")and(min1="0101" and min2="1001")

and (sec1="0101" and sec2="1001") then

hou1<="00000";

elsif hou1="00010"and hou2="00011"and md1='0' and md2="01" then

--当时间为23点且处于校时

状态时

hou1<="00000";

elsif (hou2="01001"and(min1="0101" and min2="1001")

and (sec1="0101" and sec2="1001"))or (hou2="01001"and md1='0' and md2="01")

then hou1<=hou1+1; end if; end if;

end process h110;

-----------------------------------------------小时个位

h220:process(clk,min1,min2,sec1,sec2,md1,md2,hou1) begin

if clk'event and clk='1' then

if (hou1="00010" and hou2="00011")and(min1="0101" and min2="1001")

and (sec1="0101" and sec2="1001") then hou2<="00000"; elsif hou2="01001"and(min1="0101" and min2="1001") and

(sec1="0101" and sec2="1001") then hou2<="0000"; elsif (hou2="01001"and md1='0' and md2="01") or (hou1="00010"and hou2="00011") then hou2<="00000";--md<='1';

elsif ((min1="0101" and min2="1001") and (sec1="0101" and sec2="1001"))

or (md1='0' and md2="01") then hou2<=hou2+1;--speak<=clk; end if; end if;

end process h220;

（3）、 报时模块（speak） --------------------------------------------闹铃 speaker:process(clk,hou1,hou2,min1,min2) begin

if clk'event and clk='1'then

if seth1=hou1 and seth2=hou2 and setm1=min1 and setm2=min2

then speak<=clk;

else speak<='0'; end if; end if;

end process speaker;

disp:process(md1,hou1,hou2,min1,min2,sec1,sec2,seth1,seth2,setm1,setm2) begin

if md1='0' then h1<=hou1;h2<=hou2;

---------------计时时间显示和设置模式 m1<=min1;m2<=min2; s1<=sec1;s2<=sec2;

else -----------闹铃时间现实和设置模式 h1<=seth1;h2<=seth2; m1<=setm1;m2<=setm2; s1<="1111";s2<="1111"; end if;

end process disp; end one;

3、仿真及仿真结果分析

（1）、秒时钟仿真

如图5，s2满10进1，s1满6进一，即完成60进制秒钟计时。

图5

（2）、分时钟仿真

如图6，m2满10进1，m1满6进一，即完成60进制分钟计时。

图6

（3）、报时仿真

为了便于观察，此处定时为18秒，如图speak在18秒结束后被置高。

（4）、功能仿真RTL图

4、实验调试结果

在首次波形仿真时，遇到了一些困难,想要的结果不能在波形上得到正确的显示:在设定输入的时钟信号后，数字钟开始计数，但是始终看不到小时、星期的循环计数。后来，在同学的帮助下和数十次

的调试之后，才发现之所以错误是因为输入的时钟信号对于小时、星期来说太短了。经过屡次调试，终于找到了比较合适的输入数值：分钟的初始值可以设为57（58、59都可以），小时的初始值可以设为23，这样，仿真之后，就能清楚的看出分钟、小时的循环计数。另外，Endtime的值需要设置的长一点：10us左右，输入的时钟周期值要设置的短一点：5ns左右。

三、结论及心得体会

通过这次设计使我懂得了理论与实际联合是很重要的，只有把所学的理论与实践相结合起来，从理论中得出结论才能提高自己的实际动手能力，进一步加深了对EDA的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。

同时也遇到了不少困难，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是出现错误，不过在细心的检查下，终于找出了错误和警告。总的来说，这次设计的数字钟还是让我学到不少东西，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，对今后的学习有了更充满了信心。

参考资料

[1] 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005. [2] 康华光主编.电子技术基础 模拟部分. 北京：高教出版社,2006. [3] 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vv04.html