基于FPGA實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字鐘和交通燈的設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告

1、數(shù)字系統(tǒng)課程實(shí)習(xí)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目：基于FPGA實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字鐘和交通燈的設(shè)計(jì)院 系：信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：通信112姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：劉艷昌設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年六月河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.32 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案.33 數(shù)字時(shí)鐘各模塊電路具體實(shí)現(xiàn).33.1 時(shí)鐘分頻模塊.33.2模式選擇模塊.43.3時(shí)鐘模塊.53.4 顯示模塊 .103.5 電子時(shí)鐘原理圖.124 交通燈各模塊電路具體實(shí)現(xiàn) 134.1交通燈原理圖.134.2主干道控制(time1)134.3次干道控制(time2)144.4燈顯控制(light).155 總結(jié).15參考文獻(xiàn).161 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

2、數(shù)字電子時(shí)鐘：（1） 基本的要求：實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的顯示 （2） 具有校時(shí)校分功能（3） 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（選做） （4） 具有鬧鈴功能（選做）交通燈：（1） 主干道：45秒綠燈，5秒黃燈，25秒紅燈（2） 次干道：50秒紅燈，20秒綠燈，5秒紅燈（3） 時(shí)間可調(diào) （選做）2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案2.1 數(shù)字時(shí)鐘總體設(shè)計(jì)2.2 交通燈總體設(shè)計(jì)3 數(shù)字時(shí)鐘各模塊電路具體實(shí)現(xiàn)3.1 分頻模塊由50MHz的輸入頻率分離10Hz(用于時(shí)鐘脈沖)、1KHz(數(shù)碼管掃描脈沖)、gaoyin_1KHz(整點(diǎn)報(bào)時(shí)高音頻率)、diyin_500Hz(整點(diǎn)報(bào)時(shí)低音頻率)的不同頻率。代碼：module fenpin(cl

3、k,clk_1Hz,clk_2Hz,clk_4Hz,clk_10Hz,clk_1KHz,clk_6MHz,clk_gaoyin_1KHz,clk_diyin_500Hz);input clk;output clk_4Hz,clk_6MHz,clk_gaoyin_1KHz,clk_diyin_500Hz,clk_1Hz,clk_2Hz,clk_10Hz,clk_1KHz;reg clk_4Hz,clk_6MHz,clk_gaoyin_1KHz,clk_diyin_500Hz,clk_1Hz,clk_2Hz,clk_10Hz,clk_1KHz;reg 27:0count1,count2,count

4、3,count4,count5,count6,count7,count8;always (posedge clk )begincount1=count1+1'b1;if(count1=24999999) begin clk_1Hz=clk_1Hz; count1=0;endcount2=count2+1'b1;if(count2=12499999) begin clk_2Hz=clk_2Hz; count2=0;endcount3=count3+1'b1;if(count3=2499999) begin clk_10Hz=clk_10Hz; count3=0;endco

5、unt4=count4+1'b1;if(count4=24999) begin clk_1KHz=clk_1KHz; count4=0;endcount5=count5+1'b1;if(count5=6249000) begin clk_4Hz=clk_4Hz; count5=0;endcount6=count6+1'b1;if(count6=4) begin clk_6MHz=clk_6MHz; count6=0;endcount7=count7+1'b1;if(count7=24999) begin clk_gaoyin_1KHz=clk_gaoyin_1K

6、Hz; count7=0;endcount8=count8+1'b1;if(count5=50000) begin clk_diyin_500Hz=clk_diyin_500Hz; count8=0;endendendmodule3.2模式選擇模塊輸入高電平有效，未接受信號(hào)時(shí)輸出M=0；接受到第一個(gè)高電平信號(hào)時(shí) M=1; 接受到第二個(gè)高電平信號(hào)時(shí) M=2; 接受到第三個(gè)高電平信號(hào)時(shí) M=3; 接受到第四個(gè)高電平信號(hào)時(shí) M=4; 代碼：module moshi(Clk,M);input Clk;/input res;output 2:0 M;reg2:0 M;always(posedge

7、 Clk)beginM = M + 1;if(M = 5)M = 0;endendmodule該模塊仿真圖圖一 模式選擇仿真圖3.3 時(shí)鐘模塊該模塊包括：時(shí)鐘、校時(shí)、鬧鐘、整點(diǎn)報(bào)時(shí)四部分。代碼：module shizhong(CLK,M,N,T,B,C,gap,dip,gao,di);input CLK;/輸入頻率10Hz；input 2:0 M; /輸入模式Minput B,C,gap,dip;output 23:0 T;output N,gao,di;reg 23:0 D = 1202501; /設(shè)置初始時(shí)間：12:59:45reg 23:0 T;reg 23:0 Q = 1245184;

8、/時(shí)鐘初始鬧鈴：13:00:00reg N,gao,di;reg 3:0 i;/reg C;always (posedge CLK )begin i = i + 1;if(M = 0)/模式0時(shí)正常顯示時(shí)間beginT = D ;if(i > 9)begin i = 0;D3:0 = D3:0 + 1;endif(D3:0 = 10)/miaobeginD3:0 = 0;D7:4 = D7:4 + 1;if(D7:4 = 6)D7:4 = 0;if(D7:0 = 0)/fenD11:8 = D11:8 +1;if(D11:8 = 10)beginD11:8 = 0;D15:12 = D1

9、5:12+1;if( D15:12 = 6)D15:12 = 0;endif(D15:0 = 0)/shiD19:16 = D19:16+1;if(D19:16 = 10)beginD19:16 = 0;D23:20 = D23:20 + 1;endendif(D23:16 = 36 )D23:0 = 0;if(D15:8 = 89)/當(dāng)分針為59時(shí)beginif(D7:0 = 85 | D7:0 = 86 | D7:0 = 87 | D7:0 = 88 )/在55、56、57、58秒時(shí)di輸出500Hzdi = dip;else begin if(D7:0 = 89) gao = gap;

10、/在59秒時(shí)gao輸出1KHzendendelse begin di = 0;gao = 0;endendif(M = 1)/校時(shí)beginT = D;if(B)/B為高電平時(shí)時(shí)針累加beginD19:16 = D19:16+1;if(D19:16 = 10)beginD19:16 = 0;D23:20 = D23:20 + 1;endif(D23:16 = 36 )D23:16 = 0;endif(C) /C為高電平時(shí)時(shí)針累減beginD19:16 = D19:16-1;if(D19:16 = 15)beginD19:16 = 9;D23:20 = D23:20 - 1;endif(D23:

11、16 = 249 )D23:16 = 35;endendif(M = 2)/校分beginT = D;if(B)/B為高電平時(shí)時(shí)針累加beginD11:8 = D11:8 +1;if(D11:8 = 10)beginD11:8 = 0;D15:12 = D15:12+1;endif( D15:12 = 6)D15:12 = 0;endif(C)/C為高電平時(shí)時(shí)針累減beginD11:8 = D11:8 - 1;if(D11:8 = 15)beginD11:8 = 9;D15:12 = D15:12-1;endif( D15:12 = 15)D15:12 = 5;endendif(M = 3)/

12、調(diào)節(jié)鬧鈴時(shí)beginT = Q;if(B)beginQ19:16 = Q19:16+1;if(Q19:16 = 10)beginQ19:16 = 0;Q23:20 = Q23:20 + 1;endif(Q23:16 = 36 )Q23:16 = 0;endif(C)beginQ19:16 = Q19:16-1;if(Q19:16 = 15)beginQ19:16 = 9;Q23:20 = Q23:20 - 1;endif(Q23:16 = 249 )Q23:16 = 35;endendif(M = 4)/調(diào)節(jié)鬧鈴時(shí)beginT = Q;if(B)beginQ11:8 = Q11:8 +1;if

13、(Q11:8 = 10)beginQ11:8 = 0;Q15:12 = Q15:12+1;endif( Q15:12 = 6)Q15:12 = 0;endif(C)beginQ11:8 = Q11:8 - 1;if(Q11:8 = 15)beginQ11:8 = 9;Q15:12 = D15:12-1;endif( Q15:12 = 15)Q15:12 = 5;endendif(D23:8 = Q23:8 && D7:0 < 48 )/鬧鈴控制輸出端N = 1;else N = 0;endendmodule 圖二 正常顯示仿真圖三 校時(shí)仿真圖四 鬧鈴調(diào)節(jié)仿真3.4 顯示模

14、塊功能： 動(dòng)態(tài)八位數(shù)碼管掃描輸入?yún)?shù)：掃描時(shí)鐘clk_1k，待顯示的數(shù)據(jù)d輸出參數(shù)：數(shù)碼管段選輸出sm_seg，數(shù)碼管位選輸出sm_bit備注： 待顯示的數(shù)據(jù)為16進(jìn)制格式,例如輸入0x12345678，顯示12345678代碼：module led_drive3(clk_1k,D,sm_seg,sm_bit); /模塊名suan_ledinput clk_1k; /輸入時(shí)鐘input23:0 D;output7:0 sm_seg; /數(shù)碼管段選輸出sm_segoutput7:0 sm_bit; /數(shù)碼管位選輸出sm_bitreg7:0 sm_seg_r; /數(shù)碼管段選輸出寄存器reg7:0

15、sm_bit_r; /數(shù)碼管位選輸出寄存器reg3:0 disp_dat; /定義顯示數(shù)碼寄存器reg2:0 count; /定義計(jì)數(shù)寄存器assign sm_seg = sm_seg_r; /輸出數(shù)碼管譯碼結(jié)果assign sm_bit = sm_bit_r; /輸出數(shù)碼管選擇always (posedge clk_1k) /定義上升沿觸發(fā)進(jìn)程begin count <= count +1'b1;end always (posedge clk_1k)begin case(count) /選擇掃描顯示數(shù)據(jù) /3'd0 : disp_dat = d7,d6,d5,d4; /

16、第一個(gè)數(shù)碼管 /3'd1 : disp_dat = d3,d2,d1,d0; /第二個(gè)數(shù)碼管 3'd2 : disp_dat = D23:20; /第三個(gè)數(shù)碼管 3'd3 : disp_dat = D19:16; /第四個(gè)數(shù)碼管 3'd4 : disp_dat = D15:12; /第五個(gè)數(shù)碼管 3'd5 : disp_dat = D11:8; / 第六個(gè)數(shù)碼管 3'd6 : disp_dat = D7:4;/3'd6 : disp_dat = d7,d6,d5,d4;/ 第七個(gè)數(shù)碼管 3'd7 : disp_dat = D3:0

17、;/3'd7 : disp_dat = d3,d2,d1,d0;/ 第八個(gè)數(shù)碼管 default : disp_dat = 0; endcase case(count) /選擇數(shù)碼管顯示位 3'd0 : sm_bit_r = 8'b1111_1111; /選擇第一個(gè)數(shù)碼管顯示 3'd1 : sm_bit_r = 8'b1111_1111; /選擇第二個(gè)數(shù)碼管顯示 3'd2 :begin sm_bit_r = 8'b1111_1011;end/選擇第三個(gè)數(shù)碼管顯示 3'd3 :begin sm_bit_r = 8'b1111

18、_0111; end/選擇第四個(gè)數(shù)碼管顯示 3'd4 :begin sm_bit_r = 8'b1110_1111; end/選擇第五個(gè)數(shù)碼管顯示 3'd5 :begin sm_bit_r = 8'b1101_1111; end/選擇第六個(gè)數(shù)碼管顯示 3'd6 :begin sm_bit_r = 8'b1011_1111; end/選擇第七個(gè)數(shù)碼管顯示 3'd7 :begin sm_bit_r = 8'b0111_1111; end/選擇第八個(gè)數(shù)碼管顯示 default : sm_bit_r = 8'b1111_1111;

19、 endcaseendalways (disp_dat)begin case (disp_dat) /七段譯碼 4'h0 : sm_seg_r = 8'hc0; /顯示"0" 4'h1 : sm_seg_r = 8'hf9; /顯示"1" 4'h2 : sm_seg_r = 8'ha4; /顯示"2" 4'h3 : sm_seg_r = 8'hb0; /顯示"3" 4'h4 : sm_seg_r = 8'h99; /顯示"4&

20、quot; 4'h5 : sm_seg_r = 8'h92; /顯示"5" 4'h6 : sm_seg_r = 8'h82; /顯示"6" 4'h7 : sm_seg_r = 8'hf8; /顯示"7" 4'h8 : sm_seg_r = 8'h80; /顯示"8" 4'h9 : sm_seg_r = 8'h90; /顯示"9" 4'ha : sm_seg_r = 8'h88; /顯示"a&

21、quot; 4'hb : sm_seg_r = 8'h83; /顯示"b" 4'hc : sm_seg_r = 8'hc6; /顯示"c" 4'hd : sm_seg_r = 8'ha1; /顯示"d" 4'he : sm_seg_r = 8'h86; /顯示"e" 4'hf : sm_seg_r = 8'h8e; /顯示"f" default: sm_seg_r = 8'hff;/不顯示 endcase e

22、ndendmodule3.5 電子時(shí)鐘原理圖圖五 時(shí)鐘原理圖4 數(shù)字時(shí)鐘各模塊電路具體實(shí)現(xiàn)4.1 交通燈原理圖包含模塊：分頻(同時(shí)鐘)、主干道控制(time1)、次干道控制(time2)、燈顯控制(light)、數(shù)碼管顯示(同時(shí)鐘)輸入引腳：clk(50MHz)輸出引腳：主干道紅燈(R)綠燈(G)黃燈(Y)、次干道紅燈(R1)綠燈(G1)黃燈(Y1) 數(shù)碼管顯示(seg23.0,bit7.0)圖六 交通燈原理圖4.2主干道控制(time1)綠燈45秒后，變?yōu)辄S燈5秒后，變?yōu)榧t燈25秒后，變?yōu)榧t燈，以此順序循環(huán)。代碼：module time1(clk_1Hz,M,Q);input clk_1Hz

23、;output 1:0 M;/主干道燈控output 23:0 Q;/主干道數(shù)碼管控制reg 1:0 M;reg 7:0 t;reg 7:0 T;reg 23:0 Q;always(posedge clk_1Hz)begin if(t = 0)/T = 45;t = 75;t = t - 1;if(t < 26)/ greenbeginM = 2;T = t;endif(t > 25 && t < 31)/yellowbeginM = 1;T = t - 25;endif(t > 30)/ redbeginM = 0;T = t - 30;endQ =

24、T / 10;/十進(jìn)制T轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制QQ = Q * 16;Q = Q + (T % 10);end endmodule仿真圖：圖七 主干道仿真圖4.3次干道控制(time2)紅燈50秒后，變?yōu)榫G燈20秒后，變?yōu)辄S燈5秒后，變?yōu)榧t燈，以此順序循環(huán)。代碼：module time2(clk_1Hz,N,P);input clk_1Hz;output 1:0 N;/次干道燈控output 23:0 P;/次干道數(shù)碼管控制reg 1:0 N;reg 7:0 t;reg 7:0 T;reg 23:0 P;always(posedge clk_1Hz)begin if(t = 0)/T = 45;t =

25、 75;t = t - 1;if(t < 21)/redbeginN = 2;T = t;endif(t > 20 && t < 26)/yellowbeginN = 1;T = t - 20;endif(t > 25)/greenbeginN = 0;T = t - 25;endP = T / 10; /十進(jìn)制T轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制QP = P * 16;P = P + (T % 10);end endmodule仿真圖：圖八 次干道仿真圖4.4燈顯控制(light)代碼：module light(J,K,M,N,R,O,G,R1,O1,G1,Q);input 1:0 M;/主干道燈控輸入input 1:0 N;/次干道燈控輸入inp