数字电路时钟设计verilog语言编写

电子线路设计与测试实验报告一、实验名称多功能数字钟设计二、 实验目的1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术设计输入、编译、仿真和器件编程；2.熟悉一种EDA软件使用；3.掌握Verilog设计方法；4.掌握分模块分层次的设计方法；5.用Verilog完成一个多功能数字钟设计。三、 设计内容及要求1基本功能 具有“秒”、“分”、“时”计时功能，小时按24小时制计时。 具有校时功能，能对“分”和“小时”进行调整。2.扩展功能 仿广播电台正点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号，在59分59秒时发出一次高音1024Hz信号，音响持续1秒钟，在1024Hz音响结束时刻为整点。 定时控制，其时间为23时58分。3.选做内容 任意时刻闹钟（闹钟时间可设置）。 自动报整点时数。四系统框图与说明数字钟框图1.数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成。主体电路主体电路2.秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24进制”规律计数。3.计数器的输出经译码器送显示器。五 设计步骤1.列写多功能数字钟设计-层次结构图2.拟定数字钟的组成框图，在Max+Plus II软件中，使用Verilog语言输入，采用分层次分模块的方法设计电路；3.设计各单元电路并进行仿真；4.对数字钟的整体逻辑电路图，选择器件，分配引脚，进行逻辑综合；5.下载到Cyclone II FPGA实验平台上，实际测试数字钟的逻辑功能。六Verilog代码/24进制时钟, 具有计时、校时、仿广播电台正点报时、固定时刻定时，任意时刻闹钟等功能module clock_main(LED_Hour,LED_Minute,LED_Second,Alarm,CP_1KHz,Jsh_Min_key,Jsh_Hour_key,Set_Hour_key,Set_Min_key,Show,Ctrl_Bell);input CP_1KHz;/定义输入时钟input Jsh_Min_key,Jsh_Hour_key;/定义校时按键input Set_Hour_key,Set_Min_key;/定义闹钟定时按键input Show; /定义显示模式按键input Ctrl_Bell;/定义闹钟铃声控制output 7:0LED_Hour,LED_Minute,LED_Second;/定义输出变量wire 7:0LED_Hour,LED_Minute,LED_Second;/定义输出变量类型wire 7:0Hour,Minute,Second; wire 7:0Set_Hour_Out,Set_Min_Out;wire Out_1Hz,Out_500Hz;/定义分频模块输出变量类型reg Alarm_Ring,Alarm_Clock_1KHz;/定义仿广播电台报时和固定时刻定时铃声output Alarm;/蜂鸣器输入supply1Vdd;wire Alarm_Clock;/任意时刻闹钟闹铃wire MinL_EN,MinH_EN,Hour_EN;/定义中间变量类型/分频fre_dividerFD0(Out_1Hz,Out_500Hz,Vdd,Vdd,CP_1KHz);/正常计时counter10 U1(.Q(Second3:0),.nCR(Vdd),.EN(Vdd),.CP(Out_1Hz);counter6 U2(.Q(Second7:4),.nCR(Vdd),.EN(Second3:0=4h9),.CP(Out_1Hz);assignMinL_EN=Jsh_Min_key?Vdd:(Second=8h59);assign MinH_EN=(Jsh_Min_key&(Minute3:0=4h9)|(Minute3:0=4h9)&(Second=8h59);counter10 U3(.Q(Minute3:0),.nCR(Vdd),.EN(MinL_EN),.CP(Out_1Hz);counter6 U4(.Q(Minute7:4),.nCR(Vdd),.EN(MinH_EN),.CP(Out_1Hz);assign Hour_EN=Jsh_Hour_key?Vdd:(Minute=8h59)&(Second=8h59);counter24 U5(Hour7:4,Hour3:0,Vdd,Hour_EN,Out_1Hz);/仿广播电台正点报时baoshi BS1(Alarm_Ring,Minute,Second,Out_500Hz,CP_1KHz);/在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号，在59分59秒时发出一次高音1024Hz信号，音响持续1秒钟，在1024Hz音响结束时刻为整点/固定时刻定时always (Hour or Minute or Second)/所定时刻为23时58分，蜂鸣器发出低音1KHz信号，持续5秒钟if (Hour=8h23&Minute=8h58)case (Second)8h00,8h01,8h02,8h03,8h04:Alarm_Clock_1KHz=CP_1KHz;default Alarm_Clock_1KHz=1b0;endcaseelse Alarm_Clock_1KHz=1b0;/任意时刻闹钟setclock SC1(Alarm_Clock,Set_Hour_Out,Set_Min_Out,Hour,Minute,Second,Set_Hour_key,Set_Min_key,CP_1KHz,Out_500Hz,Out_1Hz,Ctrl_Bell);/响铃assign Alarm=Alarm_Ring|Alarm_Clock_1KHz|Alarm_Clock;/数码管显示选择Choice_2to1 CU1(LED_Hour,Show,Set_Hour_Out,Hour);/Show为高电平时，显示闹钟所定时刻；为低电平时，显示正常计时Choice_2to1 CU2(LED_Minute,Show,Set_Min_Out,Minute);Choice_2to1 CU3(LED_Second,Show,8h00,Second);Endmodule/*分频模块，获得500Hz低频1Hz时钟源*modulefre_divider(Out_1Hz,Out_500Hz,nCR,EN,In_1KHz);input nCR,EN,In_1KHz;output Out_1Hz,Out_500Hz;supply1Vdd;wire Out_1Hz,Out_500Hz; wire 11:0Qn;/定义中间变量类型wire EN1,EN2; counter10 DU1(.Q(Qn3:0),.nCR(nCR),.EN(EN),.CP(In_1KHz); counter10 DU2(.Q(Qn7:4),.nCR(nCR),.EN(EN1),.CP(In_1KHz); counter10 DU3(.Q(Qn11:8),.nCR(nCR),.EN(EN2),.CP(In_1KHz);assign EN1= (Qn3:0=4d9);assign EN2= (Qn7:4=4d9)&(Qn3:0=4d9);assign Out_500Hz=Qn0; assign Out_1Hz=Qn11;endmodule/*模10计数器*module counter10(Q,nCO,nCR,EN,CP);inputCP,nCR,EN;output3:0Q;outputnCO;reg3:0Q;always(posedge CP or negedgenCR)beginif(nCR)Q=4d9)Q= 4d0;else Q=Q+1d1;endelse Q=Q;endassignnCO=(Q3&Q0);endmodule/*模6计数器*module counter6(Q,nCO,nCR,EN,CP);inputCP,nCR,EN;output3:0Q;outputnCO;reg3:0Q;always(posedge CP or negedgenCR)beginif(nCR)Q=4d0;else if(EN) beginif(Q=4d5)Q= 4d0;else Q=Q+1d1;endelse Q=Q;endassignnCO=(Q2&Q0);endmodule/*模60计数，用来构成分、秒计数*module counter60(Qnt,CO,nCR,EN,CP);inputCP,nCR,EN;output 7:0Qnt;output CO;wire 7:0Qnt;counter10 U0(Qnt3:0,nCO_10,nCR,EN,CP);counter6 U1(Qnt7:4,nCO_6,nCR,Qnt3:0=4d9,CP);assign CO=(Qnt7:4=4d5)&(Qnt3:0=4d9);endmodule/*模24计数器*module counter24(CntH,CntL,nCR,EN,CP);inputCP,nCR,EN;output3:0CntH,CntL;reg 3:0CntH,CntL;always (posedge CP or negedgenCR)beginif(nCR) CntH,CntL=8h00;else if(EN) CntH,CntL2)|(CntL9)|(CntH=2)&(CntL=3)CntH,CntL=8h00;else if(CntH=2)&(CntL3)beginCntH= CntH;CntL= CntL+1b1;endelse if(CntL=9)beginCntH= CntH+1b1;CntL = 4b0000;endelsebeginCntH= CntH;CntL= CntL+1b1;endendendmodule/*仿广播电台正点报时*modulebaoshi(Alarm_Ring,Minute,Second,_500Hz,_1KHz); input 7:0 Minute,Second;/定义输入变量input _500Hz,_1KHz; output Alarm_Ring;/定义输出变量regAlarm_Ring;/定义输出变量类型always(Minute or Second)if(Minute=8h59)case (Second) 8h51, 8h53, 8h55, 8h57:Alarm_Ring=_500Hz; /在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号 8h59:Alarm_Ring=_1KHz; /在59分59秒时发出一次高音1024Hz信号default:Alarm_Ring=1b0;endcaseelseAlarm_Ring=1b0;Endmodule/*任意时刻闹钟*module setclock(Alarm_Clock,Set_Hour_Out,Set_Min_Out,Hour,Minute,Second,Set_Hour_key,Set_Min_key,_1KHz,_500Hz,_1Hz,Ctrl_Bell);inputSet_Hour_key,Set_Min_key;inputCtrl_Bell;input 7:0Hour,Minute,Second;outputAlarm_Clock;output 7:0Set_Hour_Out,Set_Min_Out;wire 7:0Set_Hour_Out,Set_Min_Out;wireAlarm_Clock;input _1KHz,_500Hz,_1Hz;supply1Vdd;wireHourH_EQU,HourL_EQU,MinH_EQU,MinL_EQU;wireTime_EQU; counter60 SU1(.Qnt(Set_Min_Out),.nCR(Vdd),.EN(Set_Min_key),.CP(_1Hz); /实现闹钟分钟的设定 counter24 SU2(Set_Hour_Out7:4,Set_Hour_Out3:0,Vdd,Set_Hour_key,_1Hz); /实现闹钟小时的设定comparator SU4(HourH_EQU,Set_Hour_Out7:4,Hour7:4); comparator SU5(HourL_EQU,Set_Hour_Out3:0,Hour3:0); comparator SU6(MinH_EQU,Set_Min_Out7:4,Minute7:4);comparator SU7(MinL_EQU,Set_Min_Out3:0,Minute3:0); assignTime_EQU=(HourH_EQU&HourL_EQU&MinH_EQU&MinL_EQU); assign Alarm_Clock=Ctrl_Bell?(Time_EQU& (Second0=1b1)&_500Hz)|(Second0=1b0)&_1KHz):1b0;endmodule/*比较器*module comparator(EQU,A,B); /比较器，如果A和B相等时，则输出为1input 3:0 A,B;output EQU;assign EQU=(A=B);endmodule/*二选一选择器*module Choice_2to1(Qnt,SEL,X,Y); input 7:0 X,Y;input SEL;output 7:0 Qnt;assignQnt=SEL?X:Y;endmodule七各工作模块仿真波形1.基本功能正常计时和校时2.仿广播电台正点报时3.固定时刻定时4.任意时刻定时及闹钟设定八实验总结：1对于本次能够成功地使用Verilog设计并仿真出多功能数字钟，感到非常满意。2本次多功能数字钟设计实验，从刚开始对Verilog语言非常陌生，到最后接近熟练地掌握Verilog语言的程度，期间花费不少时间和精力，同时也收获了很多，学会了使用Verilog语言编程仿真电路实验，掌握了可编程逻辑器件的应用开发技术，熟悉了一种EDA软件使用，掌握了Verilog设计方法，即分模块分层次的设计方法。3本次多功能数字钟设计实验，对于Verilog语言的学习与应用，可以说是一次很好的锻炼机会，在设计过程中，汲取了诸多经验教训，深刻体会到一个小小的错误可能会给整个程序所带来的严重后果。所以，在以后的学习及程序设计当中，我们一定要倍加小心，在程序出现不正常运行的情况下要耐心调试，尽量做到精益求精。 4由于时间有限，还有一部分选做内容没能够完成，即数字钟的自动报整点时数功能。但本次设计实验已使我对Verilog语言产生了浓厚的兴趣，在以后的学习生活中会主动去了解更多有关这方面的知识及其在实践中的应用。