FPGA电子钟设计：动态扫描与计数器应用

实验4，日期为202204071，是一次针对FPGA开发的电子钟设计实验，旨在让学生深入理解数码管动态扫描显示的原理以及相关的电路设计。实验目标包括： 1. 掌握数码管动态扫描显示的原理，即通过控制电路周期性地点亮数码管的不同段，实现数字的动态显示，避免因全亮导致亮度过高。 2. 学习并实践计数器和分频器的设计。在这个实验中，通过分频技术将50MHz的高频信号降低到1Hz，为时间计数提供稳定的时基。 3. 实施层次化和模块化的设计方法，通过将电路分解为独立的组件，如5分频器、10分频器、十进制计数器、六进制计数器等，提高代码的可维护性和复用性，并学会元件例化。 4. 实现多进制计数器的构建，如十进制加1计数器、六进制计数器的级联，以及用于小时计数的三进制计数器或BCD计数器设计，以形成完整的60进制和24进制计时系统。 实验所需设备包括Modelsim软件、Quartus软件以及FPGA开发板，这些工具对于硬件描述语言VerilogHDL的编程和硬件模拟至关重要。整个电路设计过程包括： - 电路组成：电路由50MHz有源晶振产生主时钟信号，经过一系列分频后，信号被用于驱动时、分、秒计数电路，计数结果通过显示控制电路驱动数码管进行实时显示。 - 分频电路设计：通过级联多个分频器，将50MHz信号依次降频至1Hz，这一步骤体现了分频技术的基础应用。 - 时、分、秒计数电路设计：通过组合不同的计数器（十进制、六进制等），构建出能够准确计数秒、分钟和小时的计数系统。 - 显示控制及译码电路：这部分负责接收计数器的结果，并根据特定的控制逻辑选择合适的计数值，进行译码后驱动数码管显示。 总结来说，这个实验不仅涉及硬件电路的搭建，还包括了数字逻辑设计、模块化编程和实际硬件验证等多个环节，对学生理解和应用VerilogHDL以及FPGA技术具有实际操作价值。