fpga设计简易数字时钟

时间: 2023-08-31 14:12:34 浏览: 101
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基于FPGA的简易数字时钟设计

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FPGA设计数字时钟可以分为以下几个步骤: 1. 确定时钟频率:选择适合的时钟频率,例如1MHz或10MHz。 2. 时钟分频器:使用计数器模块将时钟频率分频,以得到所需的时钟周期。例如,如果我们需要1秒的时钟周期,则可以将1MHz的时钟频率分频为1Hz。 3. 显示模块:使用七段数码管显示小时、分钟和秒数。每个数码管由7个LED灯组成,可以通过控制每个LED的亮灭状态来显示数字。 4. 按钮模块:使用按钮模块来设置小时和分钟。可以使用两个按钮来增加或减少小时和分钟,可以使用一个按钮来切换小时和分钟的设置。 5. 时钟模块:将所有模块集成在一起,实现一个完整的数字时钟系统。 下面是一个简单的FPGA数字时钟设计代码示例,以VHDL语言为例: ``` -- 时钟分频器模块 entity clock_divider is port( clk_in: in std_logic; clk_out: out std_logic ); end entity; architecture behavioral of clock_divider is signal counter: integer range 0 to 999999; begin process(clk_in) begin if rising_edge(clk_in) then if counter = 999999 then counter <= 0; clk_out <= not clk_out; -- 时钟输出反转 else counter <= counter + 1; end if; end if; end process; end architecture; -- 数字显示模块 entity display is port( clk: in std_logic; hour: in integer range 0 to 23; minute: in integer range 0 to 59; second: in integer range 0 to 59; seg: out std_logic_vector(6 downto 0); an: out std_logic_vector(3 downto 0) ); end entity; architecture behavioral of display is signal count: integer range 0 to 999; signal an_count: integer range 0 to 3; signal seg_count: integer range 0 to 6; signal seg_temp: std_logic_vector(6 downto 0); begin process(clk) begin if rising_edge(clk) then if count = 999 then count <= 0; seg_count <= seg_count + 1; if seg_count = 7 then seg_count <= 0; an_count <= an_count + 1; if an_count = 4 then an_count <= 0; end if; end if; else count <= count + 1; end if; end if; case an_count is when 0 => case seg_count is when 0 => seg_temp <= "0000001"; -- 数字0 when 1 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(hour / 10, 4)); -- 十位小时数 when 2 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(hour mod 10, 4)); -- 个位小时数 when 3 => seg_temp <= "1001111"; -- 冒号 when 4 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(minute / 10, 4)); -- 十位分钟数 when 5 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(minute mod 10, 4)); -- 个位分钟数 when 6 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(second / 10, 4)); -- 十位秒数 when others => null; end case; when 1 => case seg_count is when 0 => seg_temp <= "0000001"; -- 数字0 when 1 => seg_temp <= "0000001"; -- 数字0 when 2 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(hour mod 10, 4)); -- 个位小时数 when 3 => seg_temp <= "1001111"; -- 冒号 when 4 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(minute / 10, 4)); -- 十位分钟数 when 5 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(minute mod 10, 4)); -- 个位分钟数 when 6 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(second mod 10, 4)); -- 个位秒数 when others => null; end case; when 2 => case seg_count is when 0 => seg_temp <= "0000001"; -- 数字0 when 1 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(hour / 10, 4)); -- 十位小时数 when 2 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(hour mod 10, 4)); -- 个位小时数 when 3 => seg_temp <= "1001111"; -- 冒号 when 4 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(minute / 10, 4)); -- 十位分钟数 when 5 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(minute mod 10, 4)); -- 个位分钟数 when 6 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(second / 10, 4)); -- 十位秒数 when others => null; end case; when 3 => case seg_count is when 0 => seg_temp <= "0000001"; -- 数字0 when 1 => seg_temp <= "0000001"; -- 数字0 when 2 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(hour mod 10, 4)); -- 个位小时数 when 3 => seg_temp <= "1001111"; -- 冒号 when 4 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(minute mod 10, 4)); -- 个位分钟数 when 5 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(second / 10, 4)); -- 十位秒数 when 6 => seg_temp <= std_logic_vector(to_unsigned(second mod 10, 4)); -- 个位秒数 when others => null; end case; when others => null; end case; seg <= seg_temp; case an_count is when 0 => an <= "1110"; -- 第一个数码管 when 1 => an <= "1101"; -- 第二个数码管 when 2 => an <= "1011"; -- 第三个数码管 when 3 => an <= "0111"; -- 第四个数码管 when others => null; end case; end process; end architecture; -- 时钟模块 entity clock is port( clk_in: in std_logic; reset: in std_logic; hour_set: in std_logic; minute_set: in std_logic; hour_inc: in std_logic; hour_dec: in std_logic; minute_inc: in std_logic; minute_dec: in std_logic; seg: out std_logic_vector(6 downto 0); an: out std_logic_vector(3 downto 0) ); end entity; architecture behavioral of clock is signal clk_out: std_logic; signal hour: integer range 0 to 23; signal minute: integer range 0 to 59; signal second: integer range 0 to 59; begin clock_div: entity work.clock_divider port map(clk_in => clk_in, clk_out => clk_out); display: entity work.display port map(clk => clk_out, hour => hour, minute => minute, second => second, seg => seg, an => an); process(clk_out, reset, hour_set, minute_set, hour_inc, hour_dec, minute_inc, minute_dec) begin if reset = '1' then -- 复位 hour <= 0; minute <= 0; second <= 0; elsif rising_edge(clk_out) then if hour_set = '1' then -- 设置小时 if hour_inc = '1' then hour <= hour + 1; elsif hour_dec = '1' then hour <= hour - 1; end if; end if; if minute_set = '1' then -- 设置分钟 if minute_inc = '1' then minute <= minute + 1; elsif minute_dec = '1' then minute <= minute - 1; end if; end if; second <= second + 1; if second = 60 then -- 每60秒增加一分钟 second <= 0; minute <= minute + 1; if minute = 60 then -- 每60分钟增加一小时 minute <= 0; hour <= hour + 1; if hour = 24 then -- 每24小时归零 hour <= 0; end if; end if; end if; end if; end process; end architecture; ``` 以上代码示例仅供参考,实际设计中还需要根据具体的需求进行调整和优化。
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