FPGA实现数码管计时器设计

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该文档是关于使用EDA技术在FPGA(Field Programmable Gate Array)上设计计时器的教程,具体是针对DE0实验板。设计涵盖了两种计时器:一种显示0到59分钟和秒,另一种扩展到23小时59分钟59秒。设计语言为Verilog,涉及到分频器的实现。 正文: 1. 实验目标 实验的核心任务是设计一个FPGA逻辑电路,利用DE0实验板上的七段数码管HEX3到HEX0显示0到59分钟和秒的计时器,并通过BUTTON2按键实现清零功能。扩展部分则要求增加小时显示,使用SEG0到SEG3,支持0到23小时和59分钟59秒的计数,同样可以通过button1进行清零。 2. 设计流程 设计流程包括逻辑构思和Verilog代码编写两大部分。首先,需要明确计时器的工作原理和结构,然后用Verilog语言将这些逻辑转换成硬件描述。 2.1 逻辑思路 设计中,计时器的核心是计数器,它需要能够递增并限制在特定范围内。计数器的递增由分频器提供稳定的时钟信号控制,而计数范围的限制则通过比较器和复位信号实现。当达到最大值时,计数器会复位到最小值。按钮输入用于实现手动清零功能。 2.2 Verilog代码 2.2.1 分频器实现 分频器是计时器的基础,它接收系统时钟i_sys_clk,通过分频得到更慢的时钟频率。在这个例子中,参数sys_clk_fre_value表示系统时钟频率,div_clk_fre_value是期望的分频后时钟频率。计数器r_div_count在每个时钟周期内递增,当达到div_count_value时,输出的分频时钟o_div_clk翻转,从而产生所需的时钟信号。 在Verilog代码中,使用always块来描述时序逻辑。当系统复位i_sys_rst为高电平时,计数器被清零,分频时钟也被置为低电平。在时钟上升沿或复位信号之后,如果计数器达到预设的分频模值,计数器复位并翻转分频时钟。 总结: 该实验旨在让学生掌握FPGA设计的基本技能,理解Verilog编程语言,以及数字系统中计时器和分频器的原理。通过实现这个计时器,学生可以学习到如何使用硬件描述语言描述数字逻辑,如何处理时序问题,以及如何在实际硬件平台上验证设计。此外,扩展部分进一步提升了对时间单位转换和更复杂计数器设计的理解。