实验六：时分秒可校的定时器电路设计摘要本时分秒可校的定时器基于FPGA完成，以ALTERA Cyclone II EP2C8Q208C8N芯片为核心，软件部分用Quartus软件编写仿真，用硬件描述语言VHDL实现模块化程序设计。
硬件以按键作为定时按钮，以六个数码管分别显示时分秒的计数信息，定时范围为10秒~24时59分59秒，精度为1秒，并在计时结束后实现声光报警，实现了题目要求的基本功能。
利用模式设定和转换的方法实现设计要求，并在时间设定的过程中数码管有闪烁提示，这也是本实验的创新所在。
该定时器具有电路简单、人性化控制等优点。
一、实验功能指标要求：基本功能：1.设计一时分秒可校的定时器，定时范围为10秒 24时59分59秒，精度为1秒；2.能同时显示时分秒信息（LED数码管）；3. 定时时间到能发出声光警告信号；扩展功能：1.设置时分秒时分别显示对应的两个数码管；2.增加暂停按钮，可在倒计时过程中选择暂停计时切换；3.按键去抖动；二、实验原理框图：实验模块：1.时钟分频模块(timediv) 其中功能模块分为:1. 分频2.按键去抖模块(qudou) 2. 倒计时3.功能模块(cnttime) 3. 状态选择4.译码模块 4. 置数mode,进入分钟在倒计时过程中,按下clr清零按钮,则时间清零,按下暂停按钮en,则停止计时.时间到后,FPGA警报.三、方案设计（系统的模块结构）1.系统设计方案作为时分秒可校倒计时电路的设计，经小组讨论，我们将设计思路划分为4个部分：置数，倒计时，数码管显示和蜂鸣器。
经过多次实践，觉得应当使用模式转换的方式可以使得设计更容易实现，将置数和倒计时划在4个不同的模式中，通过模式转换实现状态转换。
在时分秒信息显示的问题上，使用7段译码的方式加以实现。
蜂鸣器则加载到设计结尾。
2.单元电路设计对于这个设计我们决定实现置数，倒计时，时分秒显示和蜂鸣器4个单元模块。
作为时分秒可校的计时器电路，首先想到的是三个计时部分的时间设定和倒计时，在可设范围内如何实现，经过小组成员的热烈讨论，我们决定使用模式的设定和转换的方法实现，首先是四个状态的转换，分别是清零、设定小时时间、设定分钟时间、设定秒钟时间，为它们分别设的作用下，通过数码管的动态扫描计数对数码管进行动态扫描，从而在时间设定的过程中有数码管闪烁提示。
在各模块的倒计时过程中，在1Hz的分频信号作用下，通过递减计数，时分秒模块分别实现倒计时功能。
再通过十进制转BCD码和7段译码作用实现时分秒信息的显示。
在最后倒计时结束的时候，系统经过判断，发出蜂鸣提示。
四、系统实现过程原理框图及顶层文件:功能模块的VHDL程序见附录六、附录五、个人负责模块介绍及感想我负责的是分频模块和置数模块。
1、分频模块：分频模块作用是产生不同频率的时钟信号，为不同的模块提供所需要的时钟脉冲。
本实验需1HZ、1KH、2HZ三种时钟脉冲。
1HZ为时钟提供脉冲，1KHZ为蜂鸣器时钟，2HZ为数码管闪烁时钟。
原理：首先通过计算得出N(N=输入时钟信号/输出时钟信号)值，通过计数器当计数到N/2-1时，将输出电平翻转依次，同时使计数复位。
依次循环进行，就得到了所需频率。
2、置数模块：置数模块作用是使时钟显示在一特定的值。
通过mode状态切换按钮，在四个状态之间切换，使程序处于置数状态。
分为时、分、秒三个置数状态。
当处于置数状态时，按INC键则显示数字加一，直到加到预定的数值。
当数值设置完后，按MODE键状态切换，返回正常级数状态。
如此就形成了置数了功能、3，感想：通过这次的的实验设计，我学到了好多课本上没有的知识。
我对分频器的原理有了深入的了解，对于quartus2的更加熟练。
同时在实验过程中，体会到了团对合作的重要性，提高了同学之间的默契度。
同时在实验中，暴露出了我们许多的不足之处，对于VHDL 语言特点还不能完全应用。
这方面我们还需努力，有了这次的经验，我们下次定能做的更好六、附录系统综合结果：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnttime isport( clk : in std_logic ; --------时钟输入50MHZclr : in std_logic ; --------清零端en : in std_logic; -------- 暂停信号mode : in std_logic; -------- 模式选择信号inc : in std_logic; -------- 置数信号seg7: out std_logic_vector(7 downto 0);-------- 7段显示控制信号abcdefghscan: out std_logic_vector(5 downto 0);-------- 数码管地址选择信号buz:out std_logic ------------蜂鸣器);architecture one of cnttime issignal state:std_logic_vector(1 downto 0);--------定义四种状态signal qhh,qhl,qmh,qml,qsh,qsl:std_logic_vector(3 downto 0);--------时分秒的高位和低位signal data:std_logic_vector(3 downto 0);signal cnt:integer range 0 to 5;--------扫描数码管的计数器signal clk1khz,clk1hz,clk2hz:std_logic; --------1khz 1hz 2hz 的分频信号signal blink:std_logic_vector(2 downto 0);--------闪烁信号signal inc_reg:std_logic;signal sec,min:integer range 0 to 59 ;signal hour:integer range 0 to 23 ;signal buz_reg:std_logic:='0'; ------ 蜂鸣器锁存，0为不响begin-----------------1KHZ分频--------------------process(clk)variable count:integer range 0 to 24999;beginif clk'event and clk='1' thenif count=24999 then clk1khz<=not clk1khz;count:=0;else count:=count+1;end if;end if;end process;--------------1HZ分频-----------------------process(clk1khz)variable count:integer range 0 to 499 ;beginif clk1khz'event and clk1khz='1' thenif count=499 then clk1hz<=not clk1hz;count:=0;else count:=count+1;end if ;end if ;end process;--------------2Hz分频, 用于数码管闪烁-------------process(clk1khz)variable count:integer range 0 to 249;beginif clk1khz'event and clk1khz='1' thenif count=249 then clk2hz<=not clk2hz;count:=0;else count:=count+1;end if ;end if;end process;--------------模式转换-----------------process(mode,clr)if clr='0' thenstate<="00";elsif mode'event and mode='1' thenstate<=state+1;end if;end process;----------------状态控制-------------process(clk1hz,state,en,clr,hour,sec,min)beginif en='0' thenhour<=hour;min<=min;sec<=sec;elsif clr='0' thenhour<=0;min<=0;sec<=0;buz_reg<='0';elsif clk1hz'event and clk1hz='1' thencase state iswhen "00"=>if sec=0 then ----------模式0.正常计时if min=0 thenif hour=0 then sec<=0;buz_reg<='1';else min<=59;sec<=59;hour<=hour-1;end if;else min<=min-1;sec<=59;end if;else sec<=sec-1;end if;when "01"=> if inc='0'thenif inc_reg='0' then inc_reg<='1';--模式1，设定小时时间if hour=23 thenhour<=0;else hour<=hour+1;end if;end if;else inc_reg<='0';end if;when "10"=> if inc='0'then --模式2，设定分钟时间if inc_reg='0' then inc_reg<='1';if min=59 thenmin<=0;else min<=min+1;end if;else inc_reg<='0';end if;when "11"=> if inc='0'then --模式3，设定秒钟时间if inc_reg='0' then inc_reg<='1';if sec=59 thensec<=0;else sec<=sec+1;end if;end if;else inc_reg<='0';end if;end case;end if;end process;-----------------当进行时间设定是，数码管闪烁---------------process(state,clk2hz)begincase state iswhen"00"=>blink<="000";when"01"=>blink<=(2=>clk2hz,others=>'0');when"10"=>blink<=(1=>clk2hz,others=>'0');when"11"=>blink<=(0=>clk2hz,others=>'0');end case;end process;---------------秒计数器的十进制转BCD码-------------process(sec)begincase sec iswhen 0|10|20|30|40|50=>qsl<="0000";when 1|11|21|31|41|51=>qsl<="0001";when 2|12|22|32|42|52=>qsl<="0010";when 3|13|23|33|43|53=>qsl<="0011";when 4|14|24|34|44|54=>qsl<="0100";when 5|15|25|35|45|55=>qsl<="0101";when 6|16|26|36|46|56=>qsl<="0110";when 7|17|27|37|47|57=>qsl<="0111";when 8|18|28|38|48|58=>qsl<="1000";when 9|19|29|39|49|59=>qsl<="1001";when others=>null;end case;case sec iswhen 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 =>qsh<="0000";when 10|11|12|13|14|15|16|17|18|19=>qsh<="0001";when 20|21|22|23|24|25|26|27|28|29=>qsh<="0010";when 40|41|42|43|44|45|46|47|48|49=>qsh<="0100";when 50|51|52|53|54|55|56|57|58|59=>qsh<="0101";when others=>null;end case;end process;-------------------分计数器的十进制转BCD码-------------- process(min)begincase min iswhen 0|10|20|30|40|50=>qml<="0000";when 1|11|21|31|41|51=>qml<="0001";when 2|12|22|32|42|52=>qml<="0010";when 3|13|23|33|43|53=>qml<="0011";when 4|14|24|34|44|54=>qml<="0100";when 5|15|25|35|45|55=>qml<="0101";when 6|16|26|36|46|56=>qml<="0110";when 7|17|27|37|47|57=>qml<="0111";when 8|18|28|38|48|58=>qml<="1000";when 9|19|29|39|49|59=>qml<="1001";when others=>null;end case;case min iswhen 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 =>qmh<="0000";when 10|11|12|13|14|15|16|17|18|19=>qmh<="0001";when 20|21|22|23|24|25|26|27|28|29=>qmh<="0010";when 30|31|32|33|34|35|36|37|38|39=>qmh<="0011";when 40|41|42|43|44|45|46|47|48|49=>qmh<="0100";when 50|51|52|53|54|55|56|57|58|59=>qmh<="0101";when others=>null;end case;end process;---------------小时计数器的十进制转BCD码------------- process(hour)begincase hour iswhen 0|10|20=>qhl<="0000";when 1|11|21=>qhl<="0001";when 2|12|22=>qhl<="0010";when 3|13|23=>qhl<="0011";when 4|14=>qhl<="0100";when 5|15=>qhl<="0101";when 6|16=>qhl<="0110";when 7|17=>qhl<="0111";when 8|18=>qhl<="1000";when others=>null;end case;case hour iswhen 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 =>qhh<="0000";when 10|11|12|13|14|15|16|17|18|19=>qhh<="0001";when 20|21|22|23=>qhh<="0010";when others=>null;end case;end process;---------------数码管动态扫描计数---------------process(clk1khz)beginif clk1khz'event and clk1khz='1' thenif cnt=5 then cnt<=0;else cnt<=cnt+1;end if;end if;end process;-----------数码管动态扫描----------------process(cnt,qhh,qhl,qml,qsh,qsl,blink)begincase cnt iswhen 0 =>data<=qsl or (blink(0)&blink(0)&blink(0)&blink(0));scan<="111110";when 1 =>data<=qsh or (blink(0)&blink(0)&blink(0)&blink(0));scan<="111101";when 2 =>data<=qml or (blink(1)&blink(1)&blink(1)&blink(1));scan<="111011";when 3 =>data<=qmh or (blink(1)&blink(1)&blink(1)&blink(1));scan<="110111";when 4 =>data<=qhl or (blink(2)&blink(2)&blink(2)&blink(2));scan<="101111";when 5 =>data<=qhh or (blink(2)&blink(2)&blink(2)&blink(2));scan<="011111";when others=>null;end case;end process;-----------7段译码-------------------process(data)begincase data iswhen "0000"=>seg7<="00000011";when "0001"=>seg7<="10011111";when "0010"=>seg7<="00100101";when "0011"=>seg7<="00001101";when "0100"=>seg7<="10011001";when "0101"=>seg7<="01001001";when "0110"=>seg7<="01000001";when "0111"=>seg7<="00011111";when "1000"=>seg7<="00000001";when "1001"=>seg7<="00001001";end case;end process;------------蜂鸣器-------------- process(buz_reg)beginif buz_reg='1' then buz<=clk1khz;else buz<='1';end if;end process; end;。
