使用Quartus进行多功能数字钟设计

数电设计数字钟基于Q U A R T U SHEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】大连理工大学本科实验报告题目：数电课设——多功能数字钟课程名称：数字电路课程设计学院（系）：电信学部专业：电子与通信工程班级：学生姓名： ***************学号：***************完成日期：成绩：2010 年 12 月 17 日题目：多功能数字时钟一．设计要求1)具有‘时’、‘分’、‘秒’的十进制数字显示（小时从00～23）2)具有手动校时校分功能3)具有整点报时功能，从59分50秒起，每隔2秒钟提示一次4)具有秒表显示、计时功能（精确至百分之一秒），可一键清零5)具有手动定时，及闹钟功能，LED灯持续提醒一分钟6)具有倒计时功能，可手动设定倒计时范围，倒计时停止时有灯光提示，可一键清零二．设计分析及系统方案设计1. 数字钟的基本功能部分，包括时、分、秒的显示，手动调时，以及整点报时部分。

基本模块是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。

利用DE2硬件中提供的50MHZ晶振，经过分频得到周期为1s的时钟脉冲。

将该信号送入计数器进行计算，并把累加结果以“时”“分”“秒”的形式通过译码器由数码管显示出来。

进入手动调时功能时，通过按键改变控制计数器的时钟周期，使用的时钟脉冲进行调时计数（KEY1调秒，LOAD2调分，LOAD3调时），并通过译码器由七位数码从59分50秒开始，数字钟进入整点报时功能。

每隔两秒提示一次。

（本设计中以两个LED灯代替蜂鸣器，进行报时）2. 多功能数字钟的秒表功能部分，计时范围从00分秒至59分秒。

可由输入信号（RST1）异步清零，并由按键（EN1）控制计时开始与停止。

将DE2硬件中的50MHZ晶振经过分频获得周期为秒的时钟脉冲，将信号送入计数器进行计算，并把累计结果通过译码器由七位数码管显示。

EDA（二）多功能时钟学号：姓名：2011年11月摘要：利用QuartusII软件设计一个数字钟，并下载到SmartSOPC实验系统中，可以完成00:00:00到23:59:59的动态显示计时功能以及清零、保持、快速校分、整点报时.关键词：QuartusII 保持校分清零整点报时Abstract:Using Quartus II to design a Multifunctional digital clock and download to Smart SOPC experimental system. To achieve the function of 00:00:00to23:59:59 dynamic display time , holding, reset, speedily checking hours and minutes, Whole-hour clocking and so on.Keyword:Quartus II ,holding, speedily checking minutes, reset.目录：设计要求 (4)方案论证 (4)子模块设计原理 (5)电路接口与开关控制说明 (18)调试仿真及下载 (19)实验中遇到的问题及解决办法 (19)实验收获与感受 (19)参考文献 (20)一、设计要求基本要求1、能进行正常的时、分、秒计时功能；2、分别由六个数码管显示时分秒的计时；3、K1是系统的使能开关（K1=0正常工作，K1=1时钟保持不变）；4、K2是系统的清零开关（K2=0正常工作，K2=1时钟的分、秒全清零）；5、K3是系统的校分开关（K3=0正常工作，K3=1时可以快速校分）；6、K4是系统的校时开关（K4=0正常工作，K4=1时可以快速校时）。

提高要求1、使时钟具有整点报时功能（当时钟计到59’53”时开始报时，在59’53”, 59’55时报时频率为500Hz，59’59”时报时频率为1KHz）；2、秒表功能。

大连理工大学本科实验报告题目：数电课设——多功能数字钟课程名称：数字电路课程设计学院（系）：电信学部专业：电子与通信工程班级：学生姓名： ***************学号：***************完成日期：成绩：2010 年 12 月 17 日题目：多功能数字时钟一．设计要求1)具有‘时’、‘分’、‘秒’的十进制数字显示（小时从00～23）2)具有手动校时校分功能3)具有整点报时功能，从59分50秒起，每隔2秒钟提示一次4)具有秒表显示、计时功能（精确至百分之一秒），可一键清零5)具有手动定时，及闹钟功能，LED灯持续提醒一分钟6)具有倒计时功能，可手动设定倒计时范围，倒计时停止时有灯光提示，可一键清零二．设计分析及系统方案设计1. 数字钟的基本功能部分，包括时、分、秒的显示，手动调时，以及整点报时部分。

基本模块是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。

利用DE2硬件中提供的50MHZ晶振，经过分频得到周期为1s的时钟脉冲。

将该信号送入计数器进行计算，并把累加结果以“时”“分”“秒”的形式通过译码器由数码管显示出来。

进入手动调时功能时，通过按键改变控制计数器的时钟周期，使用的时钟脉冲进行调时计数（KEY1调秒，LOAD2调分，LOAD3调时），并通过译码器由七位数码管显示。

从59分50秒开始，数字钟进入整点报时功能。

每隔两秒提示一次。

（本设计中以两个LED灯代替蜂鸣器，进行报时）2. 多功能数字钟的秒表功能部分，计时范围从00分秒至59分秒。

可由输入信号（RST1）异步清零，并由按键（EN1）控制计时开始与停止。

将DE2硬件中的50MHZ晶振经过分频获得周期为秒的时钟脉冲，将信号送入计数器进行计算，并把累计结果通过译码器由七位数码管显示。

3.多功能数字钟的闹钟功能部分，通过按键（KEY1，KEY2，KEY3）设定闹钟时间，当时钟进入闹钟设定的时间（判断时钟的时信号qq6,qq5与分信号qq4，qq3分别与闹钟设定的时信号r6,r5与分信号r4,43是否相等），则以LED灯连续提示一分钟。

EDA实验设计(II)--多功能数字钟设计姓名：学号：院系：指导老师：目录一，内容摘要…………………………………. 二，引言……………………………………. 三，实验要求………………………………四，方案论证…………………………………五，各模块设计……………………………….1，频率产生电路……………………….2，基本计数电路……………………….3，动态显示电路……………………4，清零，保持电路………………….5，快速校分校时校星期电路……….6，整点报时电路……………………………7，闹钟彩铃电路……………………………六，实验中遇到的问题及解决方案………………七，总结与体会……………………………………一，内容摘要中文摘要本实验利用QuartusII软件，结合所学的数字电路的知识设计一个24时多功能数字钟，具有正常分、秒计时，动态显示，保持、清零、快速校分、整点报时、闹钟功能。

文章分析了整个电路的工作原理，还分别说明了各子模块的设计原理和调试、仿真、编程下载的过程，并对最终结果进行总结，最后提出了在实验过程中出现的问题和解决的方案。

通过实验掌握了一些逻辑组合器件的基本功能和用法，同时体会到了利用软件设计电路的方便快捷，避免了硬件布线的繁琐，提高了效率。

关键词数字计数器动态显示保持清零快速校分整点报时闹钟软件设计外文摘要Title DIGITAL CLOCKDESIGN PROPOSAlAbstractUsing the QuartusII, we design a digital clock of 24 hours with learning electric circuit knowledge. The circuit can keep the time, display， reset, adjust the minute and hour, ring the time in the round number time and alarm clock.The paper has analyzed the principle of all work andexplained the designing principle of different parts separately. By debugging, simulating, compiling, programming, Iput forward a matter and give a settling plan.I know about the basic functions and using method of some electric pieces in this experiment. At the same time,I realized the convenience of making use of the software to carry on the electric circuit,which is fast, avoided the hardware cloth line tedious, and raised the efficiency.Keywords digital counter, dynamic display, keep, clear, check time, time, alarm clock，software design二，引言由于传统硬件电路在设计存在资源浪费，连线麻烦，出错率高且不易修改，很难控制成本，而软件电路设计连线方便，修改容易，电路结构清楚，功能一目了然，软件内部提供有丰富的元件库；节省实验时间，故障率低，出错时，有错误提示，明显提高了效率。

根据QuartusII软件的数字时钟设计实验名称：数字时钟设计姓名：杨龙成班级：电子与通信工程学号： 3120302012 成绩：一、实验目的1.掌握各类计数器及它们相连的设计方法；2.掌握多个数码管显示的原理与方法；3.掌握模块化设计方式；4.掌握用VHDL语言的设计思想以及整个数字系统的设计。

二、实验内容1. 设计要求1）具有时、分、秒计数显示功能，在数码管显示00:00:00~23:59:59，以24小时循环计时。

2）完成可以计时的数字时钟时钟计数显示时有LED灯的花样显示。

3）具有调节小时、分钟及清零的功能。

4）具有整点报时功能。

2. 性能指标及功能设计1）时钟计数：完成时、分、秒的正确计时并且显示所计的数字；对秒、分60进制计数，时钟—24进制计数，并且在数码管上显示数值。

2）时间设置：手动调节分钟、小时，可以对所设计的时钟任意调时间。

可以通过实验板上的键7和键4进行任意的调整，因为时钟信号均是1HZ的，所以LED灯每变化一次就来一个脉冲，即计数一次。

3）清零功能：reset为复位键，低电平时实现清零功能，高电平时正常计数。

4）蜂鸣器在整点时有报时信号产生，产生“滴答.滴答”的报警声音。

5）根据进位情况，LED灯在时钟显示时有花样显示信号产生。

3. 系统方框图三、设计原理和过程3.1 硬件设计本设计使用VHDL硬件开发板，可编程逻辑器件EMP1270T144C5系列。

设计过程中用到的外围电路的设计有电源部分，可编程器件EMP1270T144C5，CPLD –JTAG接口，晶振和蜂鸣器，LED数码管显示，DIP开关与按键输入(具体电路见附录)3.2 软件设计3.2..1 程序包my_pkg的设计说明为了简化程序设计增加可读性，系统采用模块化的设计方法，重复使用的组件以元件（component）的形式存在，以便相关块的调用。

下面列出my_pkg组件包的代码。

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;package my_pkg iscomponent div40M------------------------------------------------------------------元器件1 Port( clk: in std_logic;f1hz : out std_logic);end component;component count60-----------------------------------------------------------------元器件2 Port(clr,clk:in std_logic;one :buffer std_logic_vector(3 downto 0);ten :buffer std_logic_vector(3 downto 0);full:out std_logic;dout:buffer std_logic_vector(7 downto 0));end component;component count24-----------------------------------------------------------------元器件3 Port(clr,clk:in std_logic;one :buffer std_logic_vector(3 downto 0);ten :buffer std_logic_vector(3 downto 0);full:out std_logic);end component;component scan6----------------------------------------------------------------元器件4 port (clr,clk : in STD_LOGIC;h_ten,h_one,m_ten,m_one,s_ten,s_one: in STD_LOGIC_vector(3 downto 0);cs: out STD_LOGIC_vector(5 downto 0);mux_out: out STD_LOGIC_vector(3 downto 0));end component;component bin2led---------------------------------------------------------------元器件5 port (bin : in std_logic_vector (3 downto 0);led : out std_logic_vector (7 downto 0) );end component;component sh1k ----------------------------------------------------------------------元器件6 Port( clk: in std_logic;--from system clock(40MHz)f1hz : out std_logic);-- 1Hz output signalend component;component alarm_set------------------------------------------------------------------元器件7 Port(rst,hz1: in std_logic;--system clock 1Hzalarm,ok: in std_logic;--keep pushing to declare alarm setsec_tune: in std_logic;sec_one,sec_ten:out std_logic_vector(3 downto 0));end component;end my_pkg;3.2.2 count60组件由此提供分（秒）计数值，当分计数器计数到59再来一个脉冲信号秒计数器清零从新开始计数，而进位则作为小时计数器的计数脉冲，使小时计数器计数加1，同时分计数器在分设置时钟信号的响应下设置分计数器的数值。

『EDA设计II』课程实验报告姓名学号学院指导教师时间 2011年 05月多功能数字钟摘要：本实验利用Quartus II软件设计多功能数字钟并下载到Smart SOPC实验系统，实现校分、校时、清零、保持和整点报时等多种基本功能，以及闹钟等附加功能。

本实验首先通过Quartus II 软件对各模块进行原理图设计，并进行仿真调试，最后下载至实验平台验证其功能。

关键词：多功能数字钟Quartus II软件仿真封装校分校时清零保持整点报时闹钟Abstract：The experiment is to design a multi-purpose digital clock by Quartus II and then download to the test system of Smart SOPC. It can realize many functions such as minute adjusting, hour adjusting, resetting, keeping and reporting time on integral hour. Apart from this, it can also be used as a alarm clock. First of all, we design the schematic diagram of every part. In addition, we simulate through Quartus II. At last, we download it to the tests platform and test the function.Key words：multi-purpose digital clock Quartus II simulate seal minute- adjusting hour adjusting resetting keeping reporting time on integral hour alarm clock目录一设计要求说明 (3)1 实验目的 (3)2 实验要求 (3)二方案论证 (4)1 总体电路图 (5)2 基本计时电路工作原理 (5)3 附加闹钟电路工作原理 (5)4 多功能数字钟原理框图 (6)三基本计时电路各子模块工作原理 (6)1 脉冲发生电路 (6)2 计时电路 (10)3 校时、校分、保持、清零电路 (14)4 动态译码显示电路 (16)5 报时电路 (18)6 消颤开关组电路 (19)7 基本计时电路综合 (21)四闹钟电路子模块工作原理 (24)1 闹钟消颤开关与闹钟校时校分清零电路 (24)2 闹钟与计时校时分复用电路 (27)3 比较电路 (28)4 2选1 显示复用电路 (28)5 闹钟与整点报时复用电路 (29)五程序下载 (30)六实验总结与感想 (30)1 实验中出现的问题总结 (30)2 实验感想 (31)一、设计要求说明1、实验目的1）掌握较为复杂逻辑电路的设计方法。

多功能数字钟摘要本实验是利用QuartusII软件设计一个数字钟，进行实验设计和仿真调试，以实现计时，校时，校分，清零，保持和整点报时等多种基本功能，并下载到SmartSOPC实验系统中进行调试和验证。

此外还添加了一个固定闹钟（早上七点半，响八秒）和秒表等附加功能，使得设计的数字钟的功能更加完善。

关键字：QuartusII 数字钟功能仿真AbstractThis experiment is to design a digital clock which is based on Quartus software and in which many basic functions like time-counting,hour-correcting,minute-correcting,reset,time-hol ding and belling on the hour. And then validated the design on the experimental board.In addition,additional functions likedisplaying and reseting the week,setting alarm ,stopwatch,and belling with music make this digital clock a perfect one.Keywords: QuartusII digital-clock functionsimulate目录1.设计要求 (3)2.工作原理 (4)3.各模块说明 (5)1)分频部分 (5)2)计时部分 (8)3)动态显示部分 (10)4)校分与校时部分 (11)5)清零部分 (12)6)保持部分 (12)7)整点报时部分 (12)8)附加功能 (13)固定闹钟部分 (13)秒表部分 (13)9）总图 (15)4.实验中出现问题及解决办法 (17)5.实验总结 (18)6.参考文献 (19)一、设计要求1.设计一个数字时钟可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时等基本功能。

大连理工大学本科实验报告题目：数电课设——多功能数字钟课程名称：数字电路课程设计学院（系）：专业：电子与通信工程班级：学生姓名： *************** 学号：完成日期：成绩：2010 年 12 月 17 日题目：多功能数字时钟一．设计要求1 具有‘时’、‘分’、‘秒’的十进制数字显示（小时从00～23）2 具有手动校时校分功能3 具有整点报时功能，从59分50秒起，每隔2秒钟提示一次4 具有秒表显示、计时功能（精确至百分之一秒），可一键清零5 具有手动定时，及闹钟功能，LED 灯持续提醒一分钟6 具有倒计时功能，可手动设定倒计时范围，倒计时停止时有灯光提示，可一键清零二．设计分析及系统方案设计1. 数字钟的基本功能部分，包括时、分、秒的显示，手动调时，以及整点报时部分。

基本模块是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。

利用DE2硬件中提供的50MHZ 晶振，经过分频得到周期为1s 的时钟脉冲。

将该信号送入计数器进行计算，并把累加结果以“时”“分”“秒”的形式通过译码器由数码管显示出来。

进入手动调时功能时，通过按键改变控制计数器的时钟周期，使用0.5s 的时钟脉冲进行调时计数（KEY1调秒，LOAD2调分，LOAD3调时），并通过译码器由七位数码管显示。

从59分50秒开始，数字钟进入整点报时功能。

每隔两秒提示一次。

（本设计中以两个LED 灯代替蜂鸣器，进行报时）2. 多功能数字钟的秒表功能部分，计时范围从00分00.00秒至59分59.99秒。

可由输入信号（RST1）异步清零，并由按键（EN1）控制计时开始与停止。

将DE2硬件中的50MHZ 晶振经过分频获得周期为0.01秒的时钟脉冲，将信号送入计数器进行计算，并把累计结果通过译码器由七位数码管显示。

3. 多功能数字钟的闹钟功能部分，通过按键（KEY1，KEY2，KEY3）设定闹钟时间，当时钟进入闹钟设定的时间（判断时钟的时信号qq6,qq5与分信号qq4，qq3分别与闹钟设定的时信号r6,r5与分信号r4,43是否相等），则以LED 灯连续提示一分钟。

.EDA设计使用Quartus II进行多功能数字钟设计院系：机械工程专业：车辆工程姓名：张小辉学号：115101000151指导老师：蒋立平、花汉兵时间：2016年5月25日摘要本实验是电类综合实验课程作业，需要使用到QuartusⅡ软件，（Quartus II 是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware 支持Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程）。

本实验需要完成一个数字钟的设计，进行试验设计和仿真调试，实验目标是实现计时、校时、校分、清零、保持和整点报时等多种基本功能，并下载到SmartSOPC实验系统中进行调试和验证。

关键字：电类综合实验QuartusⅡ数字钟设计仿真AbstractThis experiment is electric comprehensive experimental course work and need to use the Quartus II software, Quartus II is Altera integrated PLD / FPGA development software, schematic and VHDL, Verilog HDL and AHDL (Altera hardware description language support) etc. a variety of design input form, embedded in its own synthesizer and simulator can complete hardware configuration complete PLD design process from design entry to). The need to complete the design of a digital clock, and debug the design of experiment and simulation, the experimental goal is to achieve timing, school, reset, keep and the whole point timekeeping and other basic functions, and then download to the smartsopc experimental system debugging and validation.Key words: Electric power integrated experiment Quartus II Digital clock design Simulation目录EDA设计 (1)摘要 (2)目录 (4)一、设计要求[1] (5)二、工作原理[2] (6)三、各模块说明[3] (7)1、分频模块 (7)2、计时模块 (9)3、动态显示模块[3] (11)4、校分与校时模块 (11)5、清零模块 (13)6、保持模块 (13)7、报时模块 (13)四、总电路的形成 (15)五、调试、编程下载 (16)六、试验中出现的问题及解决办法 (17)七、实验收获与感受 (18)八、参考文献 (19)一、设计要求[1]1.设计一个数字计时器，可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时等基本功能。

多功能数字钟设计院系：专业：指导教师：班级：学号：姓名时间：2015.3.9-3.18摘要多功能数字钟在我们的日常生活中有着非常广泛的应用。

本实验利用QuartusII软件设计一个多功能数字计时器，并下载到SmartSOPC实验系统中。

这个数字计时器，可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时等功能，这些功能相互独立，却又互相协调配合。

在此类基础功能之上还添加了秒表功能。

关键词QuartusII软件 SmartSOPC实验系统多功能数字钟外文摘要Title Multi-function digital clock design dissertationAbstractMulti-function digital clock in our daily life has a very wide application. This experiment using software QuartusII design a multi-function digital timer, and download to SmartSOPC experiment system. The digital timer, can complete 00:00:00 to 23:59:59 timing functions, and under the action of control circuit has to keep fast, reset, when the school, the school points, hour, and other functions, and these features are independent of each other, and coordinate with each other. On such a basis function also added stopwatch function.Keywords QuartusII、SmartSOPC experimental system、Multi-function digital timer。

基于QuartusII的数字时钟的设计摘要QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

QuartusII使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性，加快了设计速度。

对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。

数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒计时的装置，与机械实施中相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到了广泛的使用。

在对EDA的课程有了初步的了解并掌握Quartus II软件的初步应用之后，我们决定将课题设置为应用Quartus II软件，设计出一个时间可调，并可以通过LED七段共阴极数码管来显示时、分、秒的简易数字钟。

关键词：QuartusII；VHDL；EDA；数字钟SummaryQuartusII is Altera company comprehensive PLD/FPGA development software, support principle diagram, VHDL, VerilogHDL and AHDL design input in the form of embedded own comprehensive device simulators, and can be done from the design input to the hardware configuration of the complete PLD design process.QuartusII allow users to take full advantage of mature modules, simplifies the design complexity, speed up the design.Good support for third-party EDA tools also allow users to use in the different stages of the design process is familiar withthird-party EDA tools.Digital clock is a kind of when using a digital circuit implementation, minutes and seconds timing device, a higher accuracy compared with the implementation of the mechanical and intuitive, and no mechanical device, has a longer service life, has been widely used.In the course of EDA have a preliminary understanding and mastering the Quartus II software after the initial application, we decided to set the topic for the application of the Quartus II software, design a time is adjustable, and can be through the 7 common cathode LED digital tube display hours, minutes and seconds of simple digital clock.Keywords：QuartusII；VHDL；EDA；digital clock目录摘要 (1)绪论 (5)1.课程设计的目的与作用 (7)2.设计任务 (7)3.QuartusII软件介绍 (7)4.相关理论 (8)4.1 理论 (8)4.2 器件 (8)5. 系统设计 (8)5.1 总体 (8)5.2 各模块 (9)5.2.1 顶层模块 (9)5.2.2 十进制计数器模块 (9)5.2.3 六进制计数器模块 (10)5.2.4 二十四进制计数器模块 (10)5.2.5 7段LED显示驱动模块 (11)6. 硬件设计 (11)6.1 顶层实体图 (11)6.2 各模块实体图 (12)6.2.1 十进制计数器模块 (12)6.2.2 六进制计数器模块 (12)6.2.3 二十四进制计数器模块 (13)6.2.4 7段LED显示驱动模块 (13)6.3 总体实体图 (14)7. 流程图设计 (15)8.模块设计实现 (16)8.1建立顶层模块 (16)8.1.1新建dianzizhong.工程 (16)8.1.2建立VHDL源程序 (16)8.2建立十进制计数器模块 (18)8.2.1新建CNT10.工程 (18)8.2.2建立VHDL源程序 (18)8.3建立六进制计数器模块 (19)8.3.1新建CNT6.工程 (19)8.3.2建立VHDL源程序 (19)8.4建立二十四进制计数器模块 (20)8.4.1新建CNT24.工程 (20)8.4.2建立VHDL源程序 (20)8.5建立7段LED显示驱动模块 (21)8.5.1新建LED_DRIV.工程 (21)8.5.2建立VHDL源程序 (22)9.仿真调试结果分析 (22)9.1顶层模块的编译与波形仿真 (22)9.2十进制计数器模块的编译与波形仿真 (23)9.3六进制计数器模块的编译与波形仿真 (24)9.4二十四进制计数器模块的编译与波形仿真 (25)9.5 7段LED显示驱动模块的编译与波形仿真 (26)10. 结论 (27)11.设计总结和体会 (27)12. 致谢 (28)13. 参考文献 (29)绪论1.研究的意义在快速发展的年代，时间对于人们来说越来越宝贵，在快节奏的生活中，人们往往会忘记了时间，一旦在一些重要的场合忘记了时间，将会带来重大的损失。

基于FPGA和Quartus II的多功能数字钟设计与实
现
现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Arrays，FPGA）是一种可编程使用的信号处理器件。

通过改变配置信息，用户可对其功能进行定义，以满足设计需求。

通过开发，FPGA能够实现任何数字器件的功能。

与传统
数字电路相比，FPGA具有可编程、高集成度、高可靠性和高速等优点。

1 数字钟总体设计
本文以FPGA平台为基础，在QuartusⅡ开发环境下设计开发多功能数字钟。

数字钟实现的功能如下：
1）计时功能：进行正常的时、分、秒计时，并由6只8段数码管分别显示时、分、秒时间。

2）校时功能：当时校时按键按下时，计时器时位迅速增加，并按24小时循环；当分校时按键按下时，计时器分位迅速增加，并按60分循环。

多功能数字钟设计院系：电光学院班级：***学号： ***姓名： ***指导老师：***时间：2010.4.20.摘要：利用QuartusII软件设计一个数字钟，利用模块化的程序设计思想，核心模块均采用Verilog语言编写（译码显示模块采用原理图设计），软件仿真调试编译成功后，再下载到SmartSOPC实验系统中。

经过硬件测试，查找软件设计缺陷，并进一步完善软件，最终设计得到较为满意的多功能数字钟。

关键词：QuartusII; 多功能数字钟; 模块化; Verilog; 可编程;Abstract:Using the QuartusII software design a digital bell with the blocking method.The design takes theory drawing instead of Verilog language.After emluating and debuging successfully,translate and edit the code.Then,download the result to the programmable SmartSOPC system and test it in hardware.Realizing the soul of designing hardware by software.Keywords:QuartusII; digital bell; blocking method; VHDL; programmable; hardware目录设计内容简介 (3)设计要求说明 (3)方案论证（整体电路设计原理） (3)各子模块设计理 (5)分频模块： (5)计数模块： (7)--校准模块程序实现： (8)--秒计数模块程序实现： (9)--分计数模块程序实现： (10)--时计数模块程序实现： (10)整点报时模块： (12)闹钟设定模块： (13)--闹钟调节模块程序实现： (14)--输出信号选择模块程序实现： (14)彩铃模块： (15)译码显示模块： (18)万年历模块： (19)--日计数模块程序设计： (20)--月计数模块程序设计： (23)--年计数模块程序设计： (23)--万年历波形仿真结果： (25)结论： (26)实验感想： (26)附图： (27)设计内容简介设计一个数字计时器，可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、快速较秒等功能。

数字逻辑电路设计-多功能数字钟多功能数字钟摘要：实验作品名为多功能数字钟，具有校时、清零、保持、整点报时、闹钟五大功能。

整个实验以QuartusII 7.0为软件设计基础，结合Altera公司研发的Cyclone系列可编程逻辑器件工具箱进行实际测试。

整个数字钟的开发完全遵照自顶向下的设计方法，这个设计因为该方法可移植性强、逻辑符合一般规律、可多人共做等优点而得以为设计人员省去大量时间和精力。

本作品在防抖动电路和蜂鸣器鸣响时长控制上拥有一定的自主创新性和理论证明，同时由于整个设计过程当中适当地对每个器件进行了有机的封装，所以电路图的逻辑关系较为清晰。

现在数字钟因其在日常生活生产中的作用而成为可盈利的商品，在金钱的驱动下数字钟的设计方法及本实验作品相比功能和效率上都有非常大的提升，故本实验的目的在于让设计者充分了解数字逻辑电路设计的流程和具体软件的使用方法。

关键词：数字钟，可编程逻辑器件，防抖动电路，学习型设计The design of Multifunctional digital clock Abstract: This experimental product is called Multifunctional digital clock. It has five majorfunctions such as time setting, resetting, holding,alarming, and beeping when it comes to an additionto the hour. The whole experiment is based on the software of design called Quartus II 7.0 and is tested by combining the Cyclone series of programmable logical device provided by Altera. The clock is designed under the process of ‘from the top to the end’. The method spares designers lots of time and energy for its flexibility to be transplanted, easiness for ordinary logic reasoning and availability for cooperative designing. The product is self-creative and provable in terms of turbulence muting and manipulation of the period of beeping. At the same time, the diagrams of the circuits are apparently logical thanks to well-organized sealing of each part of device during the design. In this era of common concept of inexpensiveness of digital clocks, methods and effectiveness of designing a clock are improved due to its profitability. Hence, this experimental designis aimed at letting the participants to understand the process of digital logic circuits designing and to get to familiar with the usage of particular software.Keyword: Digital Clock, programmable logic device, mute circuit, design for learning目录一．设计要求及说明 (4)二．方案论证……………………………………………………………… (4)1.设计整体思路2.设计大体流程三．各子模块设计原理及调试仿真 (5)1.时钟发生器 (5)2.计时电路 (7)3.显示电路 (9)4.校分电路和清零电路 (12)5.报时电路 (13)6.储时电路 (15)7．选择电路 (16)8.闹钟比较电路 (16)9．其他 (1)7四．编程下载1．整体电路图 (18)2．管脚配置 (19)3．编译调试 (19)五．实验感想一．设计要求及说明1、能进行正常的时、分、秒计时功能2、分别由六个数码管显示时分秒的计时3、使能开关4、清零开关5、校分开关6、校时开关7、使时钟具有整点报时功能（当时钟计到59’53”时开始报时，在59’53”, 59’55”,59’57”时报时频率为512Hz,59’59”时报时频率为1KHz, ）8、闹表设定功能9、自己添加其他功能二．方案论证1．设计整体思路图1数字钟的功能设计思路大致如图1时钟发生电路：位计时电路提供频率为1HZ的稳定脉冲，该电路是整个时钟是否精准的关键计时电路：由时钟发生器驱动，存储并演绎时间的流逝储时电路（闹钟）：储存一个固定的时间选择电路：由输入端控制调校或显示储时电路和计时电路中的一个显示电路：将两个时间电路的输出信号调制成可输出的信号报时电路：根据时间信号以一定的模式输出符合要求的蜂鸣器驱动信号校分电路：使时间电路脱离时钟驱动并以累加的方式分别调校时及分清零电路：使时钟电路的所有信号归零2设计大体流程1）设计时钟发生电路及计时电路2）连接两个模块并调试电路，分别用ＬＥＤ灯检测时分秒的运行状况3）设计显示电路并单独调试4）连接时钟电路和显示电路并调试，整体调试时钟电路5）设计校分电路和清零电路并连接调试6）设计报时电路并单独调试7）连接报时及时钟电路，利用已调校好的调分清零电路调校报时电路的功能8）设计储时电路（在计时电路上适当修改）9）设计选择电路将计时电路和储时电路连接，调校选择电路以保证时间及调校显示的接口功能正常10）整体调试并增加诸如防抖动等优化电路三．各子模块的设计原理及调试１．时钟发生器图２时钟发生器设计思路大致如图２１）十六分频电路由四个Ｔ触发器异步连接而成２）图３实时（timing）仿真如图4图4有仿真图波形可初步断定用4*T触发器一步连接对高频信号进行16分频是不会产生明显延迟和错位现象３）一千分频电路由三个十进制加法计数器连接而成，连接方式是：低位计数器的QD端及高位计数器的CLK端相连图5为方便今后对十分频器的使用在此对其进行了封装，仿真波形图如下图6输入波周期为10ns，由图6所示仿真图中的时间条可看出，在Timing模式下1000分频电路对高频信号几乎无延迟及错位，同时可看出该分频器的占空比为1:10。

南京理工大学EDA设计论文作者: 学号：学院(系):专业:题目: 基于CycloneⅢ系列EP3C25F324C8应用QuartusⅡ开发多功能数字钟指导者：(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2010 年 5 月课程设计论文中文摘要课程设计论文外文摘要目录1 引言 (1)2 系统的总体设计 (1)2.1 系统总体功能 (1)2.2 系统的工作原理 (2)3 系统的详细设计 (3)3.1 总体模块介绍 (3)3.2 各个子模块的详细设计 (3)3.2.1 48MHz的分频模块 (4)3.2.2 基本数字钟计数模块 (6)3.2.3 快速校分较时清零与保持模块 (7)3.2.4 整点报时模块 (8)3.2.5 LED动态显示模块 (10)3.2.6 闹铃模块 (12)3.2.7 万年历模块 (15)3.2.8 开关复用的逻辑控制 (21)3.3 各子模块调试及联调设计 (23)3.3.1 各子模块下载调试 (23)3.3.2 各子模块联调思想设计 (25)4 系统设计及调试中的问题 (26)5 心得与体会 (27)结论 (29)致谢 (29)参考文献 (29)1引言随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展在涉及通信、国防、工业自动化、计算机应用仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，现场可编程阵列FPGA技术正以惊人的速度上升.电子类新技术项目的开发也更多地依赖于FPGA 技术的应用,电子产品、计算机和CPU的设计进人了一个全新的时代.EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展而发展起来的，现今电子设计是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，硬件描述语言为系统逻辑描述，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件,运用自顶而下的层次化设计方法完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真、直至对特定芯片的适配编译、逻辑映射编程下载等，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术.电子工程师们从事电子产品设计时，要求能够充分利用EDA技术，使用计算机仿真软件对电路、信号与系统进行辅助分析，优化电路设计，从而提高开发产品进程及设计人员的工作效率.本数字钟的系统设计采用自顶而下的层次化设计方法，运用Quartus软件进行系统的设计与调试，提高了设计的效率，缩短了设计时间。