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一八千、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

FPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)断凶、其它外接器件

二冬念、需求分析（選題的意義则北、功能要求等恨旱。。陨舱。這里有點(diǎn)水，小伙伴們可以選擇性跳過(guò)）

選題的意義：個(gè)人認(rèn)為本項(xiàng)目（《數(shù)字時(shí)鐘》）的選題意義有二版仔，其一游盲，時(shí)鐘和鬧鐘早已是老生常談的日常工具误墓，利用課堂上所學(xué)習(xí)的知識(shí)貫通運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中，作為操作實(shí)踐益缎，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義谜慌；其二，數(shù)字時(shí)鐘的功能設(shè)計(jì)囊括了數(shù)碼管莺奔、LCD屏欣范、開(kāi)關(guān)運(yùn)用、管教分配等知識(shí)令哟，能夠?qū)Ρ緦W(xué)期所學(xué)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)做一個(gè)挽接恼琼，在知識(shí)的總結(jié)上也具備一定意義；

功能要求：
1.用數(shù)碼管顯示時(shí)屏富、分晴竞、秒：分為兩個(gè)界面，即時(shí)鐘界面以及鬧鐘設(shè)置界面狠半，顯示時(shí)鐘的時(shí)分秒以及鬧鐘的時(shí)分秒噩死，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)切換顯示，是項(xiàng)目的基本功能神年；
2.能按比例縮短時(shí)間調(diào)試：調(diào)控時(shí)鐘或鬧鐘的頻跳速度已维，方便演示和調(diào)試；
3.鬧鐘功能：用戶可以通過(guò)sw8切換進(jìn)入鬧鐘界面瘤袖，再利用sw1-3設(shè)定具體的鬧鐘時(shí)間衣摩，到點(diǎn)即響，同樣是項(xiàng)目的基本功能捂敌；
4.用LCD屏顯示日期（年月日）以及祝福語(yǔ)：作為時(shí)鐘艾扮，顯示年月日的功能個(gè)人覺(jué)得也是有必要的，另外關(guān)于祝福語(yǔ)占婉，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)和知識(shí)的學(xué)習(xí)其實(shí)本身就是快樂(lè)的過(guò)程泡嘴，生活也沒(méi)有必要每天都過(guò)得毫無(wú)色彩、千篇一律逆济，所以懷揣著這份情懷呢酌予，我在本項(xiàng)目中加了一個(gè)顯示祝福語(yǔ)的功能，意在表達(dá)自己的這份對(duì)科學(xué)和生活的熱愛(ài)以及學(xué)習(xí)的熱情奖慌。

三抛虫、系統(tǒng)框架介紹（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，各模塊的功能及端口介紹简僧，等）

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

各模塊的功能及端口介紹：
（這里的模塊功能和端口做簡(jiǎn)要的介紹建椰，詳細(xì)的用法請(qǐng)移步至《設(shè)計(jì)思路》部分）

1.Digital_CLK_Top(clk_50M, Reset_n, seg7,ledcom,key,beep,

                LCD_ON1,LCD_BLON1,LCD_RS1,LCD_RW1,LCD_EN1,LCD_DATA1);

功能：頂層模塊，調(diào)用其他子模塊岛马，統(tǒng)籌整個(gè)系統(tǒng)的功能棉姐；

端口：
clk_50M, //系統(tǒng)時(shí)鐘輸入
Reset_n, //系統(tǒng)復(fù)位輸入
seg7, //數(shù)碼管顯示輸出位
ledcom, //數(shù)碼管位置調(diào)控輸出位
key, //開(kāi)關(guān)輸入號(hào)位屠列，主要使用于CLKcounter_60BCD
beep, //蜂鳴器輸出信號(hào)
LCD_ON1, //LCD供電電源開(kāi)關(guān)
LCD_BLON1, //LCD背景電源開(kāi)關(guān)
LCD_RS1, //寄存器選擇信號(hào)
LCD_RW1, //液晶讀寫(xiě)信號(hào)
LCD_EN1, //液晶時(shí)鐘信號(hào)
LCD_DATA1， //LCD的數(shù)據(jù)端口

2.lcd_ori(LCD_ON,LCD_BLON,LCD_RS,LCD_RW,LCD_EN,LCD_DATA,CLK);

功能：LCD屏顯示控制模塊伞矩，用于控制LCD屏顯示年月日以及祝福語(yǔ)笛洛；

端口：
LCD_ON, //LCD供電電源開(kāi)關(guān)
LCD_BLON, //LCD背景電源開(kāi)關(guān)
LCD_RS, //寄存器選擇信號(hào)
LCD_RW, //液晶讀寫(xiě)信號(hào)
LCD_EN, //液晶時(shí)鐘信號(hào)
LCD_DATA， //LCD的數(shù)據(jù)端口
CLK乃坤， //模塊時(shí)鐘輸入（項(xiàng)目中輸入的是clk_50M）

3.seg_display(clk,rst_n,mimute_cnt,second_cnt,hour_cnt,ledcom,seg7);

功能：基于視覺(jué)暫留知識(shí)苛让，控制時(shí)鐘界面數(shù)碼管的顯示；

端口：
clk, //模塊時(shí)鐘輸入
rst_n, //復(fù)位信號(hào)輸入
mimute_cnt, //分鐘位數(shù)據(jù)輸入
second_cnt, //秒位數(shù)據(jù)輸入
hour_cnt, //時(shí)位數(shù)據(jù)輸入
seg7, //數(shù)碼管顯示輸出位
ledcom, //數(shù)碼管位置調(diào)控輸出位

4.counter_60BCD(clk, rst, couter_o,flag);

功能：在頂層模塊調(diào)用侥袜，根據(jù)輸入的時(shí)鐘和時(shí)|分|秒位數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的加一計(jì)算和進(jìn)位計(jì)算蝌诡，并在溢出（分秒59加一溢出，時(shí)23加一溢出）時(shí)返回一個(gè)flag供頂層模塊使用枫吧；

端口：
clk, //模塊時(shí)鐘輸入
rst, //復(fù)位信號(hào)輸入
couter_o, //數(shù)字時(shí)鐘部分的時(shí)|分|秒位數(shù)據(jù)輸出
flag浦旱， //輸出一個(gè)溢出進(jìn)位標(biāo)志

5.clk_gen(clk_in,rst,clk_out); //clk_in=50MHz

功能：對(duì)輸入的50MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，調(diào)用時(shí)根據(jù)CLK_DIV變量的復(fù)用情況進(jìn)行運(yùn)算并返回對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘分頻結(jié)果九杂；

端口：
clk_in, //模塊時(shí)鐘輸入颁湖，在頂層模塊
rst, //復(fù)位信號(hào)輸入
clk_out， //時(shí)鐘分頻結(jié)果輸出

6.CLKseg_display(clk,rst_n,mimute_cnt,second_cnt,

hour_cnt,CLKmimute_cnt,CLKsecond_cnt,CLKhour_cnt,ledcom,seg7,sw8);
功能：基于視覺(jué)暫留知識(shí)例隆，控制鬧鐘設(shè)置界面數(shù)碼管的顯示甥捺，并基于sw8的狀態(tài)控制切換數(shù)碼管屏顯示；

端口：
clk, //模塊時(shí)鐘輸入
rst, //復(fù)位信號(hào)輸入
mimute_cnt, //分鐘位數(shù)據(jù)輸入（時(shí)鐘）
second_cnt, //秒位數(shù)據(jù)輸入（時(shí)鐘）
hour_cnt, //時(shí)位數(shù)據(jù)輸入（時(shí)鐘）
CLKmimute_cnt,//分鐘位數(shù)據(jù)輸入（鬧鐘設(shè)置）
CLKsecond_cnt,//秒位數(shù)據(jù)輸入（鬧鐘設(shè)置）
CLKhour_cnt, //時(shí)位數(shù)據(jù)輸入（鬧鐘設(shè)置）
seg7, //數(shù)碼管顯示輸出位
ledcom, //數(shù)碼管位置調(diào)控輸出位
sw8 //開(kāi)關(guān)8的輸入信號(hào)

7.CLKcounter_60BCD(clk, rst, couter_o,flag,sw);

功能：在頂層模塊調(diào)用镀层，根據(jù)輸入的時(shí)鐘頻率clk和時(shí)|分|秒位數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的加一計(jì)算和進(jìn)位計(jì)算镰禾，并在溢出（分秒59加一溢出，時(shí)23加一溢出）時(shí)返回一個(gè)flag供頂層模塊使用唱逢；

端口：
clk, //模塊時(shí)鐘輸入
rst, //復(fù)位信號(hào)輸入
couter_o, //數(shù)字鬧鐘設(shè)置部分的時(shí)|分|秒位數(shù)據(jù)輸出
flag吴侦， //輸出一個(gè)溢出進(jìn)位標(biāo)志
sw //開(kāi)關(guān)輸入位，作為key的接收變量

四坞古、設(shè)計(jì)思路(每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思路备韧，文字結(jié)合示意圖等進(jìn)行介紹)

1.Digital_CLK_Top(clk_50M, Reset_n, seg7,ledcom,key,beep,

    LCD_ON1,LCD_BLON1,LCD_RS1,LCD_RW1,LCD_EN1,LCD_DATA1);

功能：頂層模塊，調(diào)用其他子模塊痪枫，統(tǒng)籌整個(gè)系統(tǒng)的功能织堂；

思路：
A.復(fù)用兩次分頻模塊clk_gen，產(chǎn)生兩個(gè)速度不一樣的時(shí)鐘頻——clk_second和clk_second2奶陈，分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)字時(shí)鐘和數(shù)字鬧鐘設(shè)置易阳；

B.復(fù)用三次時(shí)鐘控制模塊counter_60BCD：
第一次，用clk_second作為時(shí)鐘頻輸入吃粒，傳入second_cnt給couter_o作為秒位數(shù)據(jù)承載潦俺，MODULEofCNT設(shè)置為60，模塊每溢出一次（即每計(jì)數(shù)到60個(gè)秒），產(chǎn)生一個(gè)flag黑竞，即flag_min；
第二次疏旨，用flag_min作為時(shí)鐘頻輸入很魂，傳入minute_cnt給couter_o作為秒位數(shù)據(jù)承載，MODULEofCNT設(shè)置為60檐涝，模塊每溢出一次（即每計(jì)數(shù)到60個(gè)分）遏匆，產(chǎn)生一個(gè)flag，即flag_hour谁榜；
第三次幅聘，用flag_hour作為時(shí)鐘頻輸入，傳入hour_cnt給couter_o作為秒位數(shù)據(jù)承載窃植，MODULEofCNT設(shè)置為24帝蒿，模塊每計(jì)數(shù)到24個(gè)時(shí)溢出一次；

C.復(fù)用三次鬧鐘控制模塊CLKcounter_60BCD：
第一次巷怜，用clk_second2作為時(shí)鐘頻輸入葛超，傳入CLKsecond_cnt給couter_o作為秒位數(shù)據(jù)承載，MODULEofCNT設(shè)置為60延塑，sw位傳入key[2]信號(hào)绣张，即sw3的狀態(tài)信號(hào)；
第二次关带，用clk_second2作為時(shí)鐘頻輸入侥涵，傳入CLKminute_cnt給couter_o作為秒位數(shù)據(jù)承載，MODULEofCNT設(shè)置為60宋雏，sw位傳入key[1]信號(hào)芜飘，即sw2的狀態(tài)信號(hào)；
第三次好芭， 用clk_second2作為時(shí)鐘頻輸入燃箭，傳入CLKhour_cnt給couter_o作為秒位數(shù)據(jù)承載，MODULEofCNT設(shè)置為24舍败，sw位傳入key[0]信號(hào)招狸，即sw1的狀態(tài)信號(hào)；

D.復(fù)用LCD屏控制顯示模塊lcd_ori邻薯，根據(jù)本函數(shù)定義的變量復(fù)用對(duì)應(yīng)的參數(shù)裙戏；

E.復(fù)用鬧鐘數(shù)碼管控制顯示模塊CLKseg_display，根據(jù)本函數(shù)定義的變量復(fù)用對(duì)應(yīng)的參數(shù)厕诡；

F.接下來(lái)累榜，編寫(xiě)了一個(gè)狀態(tài)機(jī)，主要設(shè)置并使用了state0、state1壹罚、state2等三個(gè)狀態(tài)葛作；
state0狀態(tài)：使用if判斷語(yǔ)句
if(second_cnt==CLKsecond_cnt&&minute_cnt==CLKminute_cnt&&hour_cnt==CLKhour_cnt)
等一個(gè)在鬧鐘界面模塊設(shè)置的時(shí)分秒數(shù)列，等到這個(gè)數(shù)列的時(shí)候轉(zhuǎn)跳到state1或state2猖凛，并設(shè)置好蜂鳴器鳴響的延時(shí)時(shí)間到變量cnt_2赂蠢；
state1、state2：在計(jì)數(shù)變量cnt_2歸零之前辨泳，一直給蜂鳴器管腳輸出高電平虱岂，直到計(jì)數(shù)變量cnt_2歸零，輸出為低電平菠红，停止蜂鳴器鳴響第岖；

2.lcd_ori(LCD_ON,LCD_BLON,LCD_RS,LCD_RW,LCD_EN,LCD_DATA,CLK);

功能：LCD屏顯示控制模塊，用于控制LCD屏顯示年月日以及祝福語(yǔ)试溯；

思路：
A.將年月日以及祝福語(yǔ)分別編寫(xiě)成字符串蔑滓，再分別付給變量lcd_buf_first、data_first和lcd_buf_second遇绞、data_second烫饼；

B.準(zhǔn)備好狀態(tài)參數(shù)常量——
clear_lcd、
set_disp_mode试读、
disp_on杠纵、
shift_down、
write_data_first钩骇、
write_data_second比藻；
基于狀態(tài)機(jī)思想，并用current_state變量承載狀態(tài)常量倘屹；
C.初始化LCD模塊银亲；

D.clear_lcd狀態(tài)， 清屏并光標(biāo)復(fù)位 纽匙；
set_disp_mode: 設(shè)置顯示模式：8位2行5x8點(diǎn)陣务蝠；
disp_on: 顯示器開(kāi)、光標(biāo)不顯示烛缔、光標(biāo)不允許閃爍 馏段；
shift_down: 文字不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移践瓷；data_first賦值給lcd_buf_first;
write_data_first院喜、write_data_second: 用于寫(xiě)入數(shù)據(jù)
default: 若current_state為其他值，則將current_state置為clear_lcd晕翠；

3.seg_display(clk,rst_n,mimute_cnt,second_cnt,hour_cnt,ledcom,seg7);

功能：基于視覺(jué)暫留知識(shí)喷舀，控制時(shí)鐘界面數(shù)碼管的顯示；

思路：
A.復(fù)用分頻模塊clk_gen分頻出一個(gè)時(shí)鐘clk_div，周期約為0.1s硫麻；

B.設(shè)置一個(gè)8位的變量cnt爸邢，基于clk_div進(jìn)行遞加一，并在0到滿位溢出之間循環(huán)（滿位溢出時(shí)將之歸零拿愧，再繼續(xù)加一處理）甲棍；

C.基于快速遞加一的變量cnt，在每個(gè)clk時(shí)鐘上升沿來(lái)的是時(shí)候赶掖，取其低三位（八個(gè)數(shù)碼管格位，剛好三位二進(jìn)制數(shù)可以完整表示）進(jìn)行case處理七扰，
每個(gè)case的子狀態(tài)中奢赂，根據(jù)cnt低三位的值，把對(duì)應(yīng)的表示數(shù)碼管位置的二進(jìn)制數(shù)賦值給ledcom颈走，用于選擇數(shù)碼管格位膳灶；再把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)（如秒位數(shù)據(jù)的低四位second_cnt[3:0]，高四位second_cnt[7:4]等）傳給dis變量立由； dis的用法是在下一個(gè)always模塊里面轧钓，case判斷dis的值，根據(jù)dis的值把對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)傳給seg7變量锐膜，用于基于ledcom選擇數(shù)碼管格位之后毕箍，顯示格位里面的內(nèi)容；

由此道盏，基于快速跳變的clk時(shí)鐘和clk_div時(shí)鐘而柑，ledcom的值也不斷地快速變換，由此數(shù)碼管的每個(gè)格位都在被快速地選擇和顯示荷逞，于是這樣便是通過(guò)了視覺(jué)暫留效應(yīng)媒咳，實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼管時(shí)鐘的顯示；

4.counter_60BCD(clk, rst, couter_o,flag);

功能：在頂層模塊調(diào)用种远，根據(jù)輸入的時(shí)鐘和時(shí)|分|秒位數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的加一計(jì)算和進(jìn)位計(jì)算涩澡，并在溢出（分秒59加一溢出，時(shí)23加一溢出）時(shí)返回一個(gè)flag供頂層模塊使用坠敷；

思路：
A.將MODULEofCNT（分別通過(guò)/10和%10運(yùn)算）切成5/2和9/3兩個(gè)數(shù)妙同，并分別付給變量a和b；

B.通過(guò)a和b判斷是對(duì)分秒位數(shù)據(jù)（MODULEofCNT為60）還是對(duì)時(shí)位數(shù)據(jù)（MODULEofCNT為24）進(jìn)行計(jì)算膝迎；
若是分秒位數(shù)據(jù)：先對(duì)couter_o[7:4]進(jìn)行判斷渐溶，若小于5，則對(duì)couter_o[3:0]判斷弄抬，若couter_o[3:0]小于9茎辐，則couter_o[3:0]數(shù)據(jù)加一，若couter_o[3:0]不小于于9，則couter_o[3:0]歸零處理拖陆，couter_o[7:4]加一弛槐；若couter_o[7:4]不小于5，則對(duì)couter_o[3:0]判斷依啰，若couter_o[3:0]小于a（9）乎串，則couter_o[3:0]數(shù)據(jù)加一，若couter_o[3:0]不小于于a（9）速警，則couter_o八個(gè)位都?xì)w零叹誉，并返回一個(gè)溢出進(jìn)位flag（flag<=1）；
若是時(shí)位數(shù)據(jù)：邏輯同上闷旧，只將b替換為2长豁，將a替換為3進(jìn)行處理即可；

5.clk_gen(clk_in,rst,clk_out); //clk_in=50MHz

功能：對(duì)輸入的50MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘分頻忙灼，調(diào)用時(shí)根據(jù)CLK_DIV變量的復(fù)用情況進(jìn)行運(yùn)算并返回對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘分頻結(jié)果匠襟；

思路：簡(jiǎn)單地基于系統(tǒng)時(shí)鐘clk_in以及可復(fù)用的參數(shù)CLK_DIV實(shí)現(xiàn)分頻的功能；

6.CLKseg_display(clk,rst_n,mimute_cnt,second_cnt,

hour_cnt,CLKmimute_cnt,CLKsecond_cnt,CLKhour_cnt,ledcom,seg7,sw8);
功能：基于視覺(jué)暫留知識(shí)该园，控制鬧鐘設(shè)置界面數(shù)碼管的顯示酸舍，并基于sw8的狀態(tài)控制切換數(shù)碼管屏顯示；

思路：
A.復(fù)用分頻模塊clk_gen分頻出一個(gè)時(shí)鐘clk_div里初，周期約為0.1s啃勉；

B.（基于sw8的狀態(tài)控制切換數(shù)碼管屏顯示）If語(yǔ)句判斷sw8時(shí)候?yàn)楦唠娖剑绻撬粒瑒t將CLKsecond_cnt璧亮、CLKmimute_cnt娇妓、CLKhour_cnt系列數(shù)據(jù)付給dis變量故慈，如果不是則將second_cnt系統(tǒng)數(shù)據(jù)付給dis變量；細(xì)節(jié)處如cnt绰精、ledcom哑诊、dis群扶、case（cnt[2:0]）等用法則跟seg_display模塊的設(shè)計(jì)思路相同；

7.CLKcounter_60BCD(clk, rst, couter_o,flag,sw);

功能：在頂層模塊調(diào)用镀裤，根據(jù)輸入的時(shí)鐘頻率clk和時(shí)|分|秒位數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的加一計(jì)算和進(jìn)位計(jì)算竞阐，并在溢出（分秒59加一溢出，時(shí)23加一溢出）時(shí)返回一個(gè)flag供頂層模塊使用暑劝；

思路：同counter_60BCD模塊的設(shè)計(jì)思路骆莹；

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.開(kāi)機(jī)狀態(tài)担猛，初始為數(shù)字時(shí)鐘界面幕垦，下圖為數(shù)碼管上規(guī)則地顯示閃動(dòng)的時(shí)鐘丢氢，通過(guò)分頻模塊的參數(shù)調(diào)改可以改變其速度；
LCD屏上顯示具體的日期（年月日）以及祝福語(yǔ)（Wish you happy/happiness——祝你幸福）先改，開(kāi)關(guān)狀態(tài)為全數(shù)低電平：

2.上推sw8疚察，令之輸出為高電平，數(shù)碼管即切換到鬧鐘設(shè)置界面：

4.上推sw2，令之輸出為高電平该溯，數(shù)碼管鬧鐘界面上“分”數(shù)位持續(xù)加一（圖中已加到04）：

5.上推sw3岛抄，令之輸出為高電平，數(shù)碼管鬧鐘界面上“秒”數(shù)位持續(xù)加一（圖中已加到05）：

六悯周、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目代碼清單

1.Digital_CLK_Top.v

頂層文件粒督，用于調(diào)用諸多要使用的模塊；

2.Tcl_2c35_script1.tcl

管教分配的腳本文件禽翼，描述管教的分配屠橄；

3.lcd_ori.v

LCD屏模塊，實(shí)現(xiàn)LCD屏顯示年月日以及祝福語(yǔ)的功能闰挡；

4.seg_ex.v

5.seg_display.v

時(shí)鐘模塊的數(shù)碼管顯示的相關(guān)模塊文件锐墙；

6.counter_60BCD.v

關(guān)于實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘界面顯示的后臺(tái)數(shù)字計(jì)算（相關(guān)變量的加一和進(jìn)位操作等）的文件；

7.clk_gen.v

時(shí)鐘分頻模塊长酗，用于實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)頻率的分頻溪北；

8.CLKseg_display.v

鬧鐘模塊的數(shù)碼管管顯示的相關(guān)模塊文件；

9.CLKcounter_60BCD.v

關(guān)于實(shí)現(xiàn)鬧鐘界面顯示的后臺(tái)數(shù)字計(jì)算（相關(guān)變量的加一和進(jìn)位操作等）的文件夺脾。