FPGA数字钟设计实现(源码)
一、实验目的:
通过设计实例,深入理解自顶向下设计方法,系统设计规范、系统设计、模块设计和系统仿真与实现各阶段的设计内容,初步掌握规范的数字系统设计方法并实践。
二、实验要求:
1、系统概述:设计一个用 LED 7段显示器显示的24小时制数字钟。
2、系统目标:
(1)用8个LED 显示时间,如9点25分10秒显示为,09-25-10。
(2)设置2个按键,按键SET用于工作模式选择,按键UP用于设置数值.(可选)
(3)按SET键循环设置工作模式为:正常显示->时设置-〉分设置-〉秒设置。在设置工作模式时,被设置相应数字按1秒速率闪烁,其它数字不变.
(4)在设置工作模式时,按UP键一次,被设置相应数字增加1,加到最大值后再加返回0,如小时加到23后再加就返回0,分和秒加到59后再加返回0 。
3、系统设计依据:
外部输入时钟为40MHZ,通过分频产生秒脉冲信号,用模60计数器对其计数产生分脉冲信号,对分脉冲用模60计数器对其计数产生时脉冲信号,再用模24计数器对时脉冲计数,即可实现一天24小时的时间信号,通过7段LED数码管显示出来则为基本数字钟,校时电路通过两个外部异步按键对“时"、“分”、“秒”显示数字进行校对调整.
4、系统实现要求:
要求用Mars—EP1C3—EDA实验平台。芯片与封装选择:本设计用EP1C3T FPGA实现,144脚封装,输入输出为LVTTL电平。
5、系统验证及测试要求:
用Mars-EP1C3—EDA实验平台搭建模拟测试平台测试,测试验证数字钟实现设计目标。
三、系统设计关键技术
1、按键消抖
图3-1
由图3—l可见,在按键闭合和断开时产生了多个边沿,而在实际中每按一次键,我们只需要一组稳定的上升或下降边沿,所以对于电路中的按键信号,如果我们不滤除抖动的话,还是简单的读取信号的边沿,会引起一次按键被误读多次,这样就会引起电路的误动作.为了保证按一次键电路只有一次正确的响应,即在键闭合稳定时读取键的状态,就要求电路中必须采取滤除抖动的措施。
原理:在设计中用时钟信号(key_clk)进行采样,对于按键输入信号,当两次采样信号相同时,这是判定已经稳定的按下或放开了按键,D触发器相应的被置成0态或1态。如两次采样结果不相同,则触发器维持原输出信号不变,由于直接由触发器输出的信号时间宽度可能过长,所以在触发器后再接一级同步化电路,保证每次输出的信号只占有一个时钟周期的宽度.应用这种方法去滤除抖动,关键是确定采样时钟的频率,保证两次采样的时间间隔能够大于按键的抖动时间,且小于正常按键时的按键稳定闭合时间.
2、采用BCD码的计数模式
时、分、秒的计数都采用BCD码计数,如果采用二进制计数,分的最大计数值为59,只需要6位就可以,因为时的计数值要通过两个数码管显示,所以计数值需要经过两级译码才能驱动数码管使其正常显示,必须先把计数值译码成高低四位的BCD码,然后再分别把高、低四位BCD码译码成数码管的显示编码。如果直接采用BCD码计数,只需要一次译码就可以正常显示计数值,故采用BCD码计数更方便,简化电路。
3、数码管的动态显示
数码管的动态扫描,就是轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选,利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用,使人的感觉好像各位数码管同时在显示。数码管的轮流扫描频率不能太小,否则数码管不能同时显示,一般扫描频率在500Hz到1Khz即可。本设计中的数码管位选信号为低电平有效,数码管的段为低显,复位后把位选信号d_col赋值为8’b1111_1110,然后以1Khz的扫描频率使其循环左移,并送出相应位的字形码,即可实现数码管的动态显示。
四、系统详细设计方案:
1、系统设计分析:
数字钟是一个将“ 时”,“分”,“秒"显示于人的视觉器官的计时装置.它的计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒,另外应有校时功能。秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,通过将外部输入时钟为40MHZ分频实现.将标准秒信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发生一个“分脉冲"信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器"。“时计数器”采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计。
将“时”、“分"、“秒”计数器的输出值经七段显示译码器译码,通过八位LED七段显示器显示出来,显示格式为“时-分—秒”。
通过Set和Up按键对“时"、“分”、“秒”显示数字进行校对调整,Set键循环控制工作模式,即“正常显示”、“时设置”、“分设置"、“秒设置”的循环控制,在设置工作模式时,被设置相应数字按1秒速率闪烁,其它数字不变.Up键实现调整状态时相应时间的快速加“1”以实现时间校准.
2、系统时钟和复位规划:
本设计采用一个全局时钟clk和复位reset。
3、顶层模块划分及模块功能说明
系统分为5个模块,Freq_div模块,Clock_cnt模块,Clock_ctl模块,Key_ctl模块和Display模块。系统框图如图4—1所示,图4-2是顶层模块设计.
输入信号:
clk:系统时钟; reset:系统复位;
set:工作模式选择按键; up:调时按键;
输出信号:
d_col[7:0]:八位LED动态选择;
d_out[7:0]:LED显示数据;
图4—1 系统框图
图4-2 顶层模块设计
4、每个模块详细功能说明,信号定义及时序定义
(1)Freq_div模块:将40M Hz的系统时钟进行分频产生三种时钟使能信号:scan_clk(1khz)、key_clk(100hz)、s_clk(1hz).
输入信号:
clk:系统时钟 rst_n:复位信号
输出信号:
scan_clk:数码管扫描频率 key_clk:按键采样频率
s_clk:1s时钟信号
(2)Key_ctl模块:完成对按键的同步、去抖功能,输出稳定的按键信号set_en、up_en。
输入信号:
clk:系统时钟 rst_n:复位信号
set:模式设置按键 up:计数值加按键
输出信号:
Set_en:模式设置使能信号 up_en:按键加使能信号
(3)Clock_ctl模块:通过set_en信号对“正常显示”、“时设置”、“分设置”、“秒设置”模式的循环控制,并产生设置信号h_set(时)、m_set(分)、s_set(秒)供Clock_cnt使用。
输入信号:
Clk:系统时钟 ; reset:复位信号;
set_en:工作模式选择信号;
输出信号:
H_set:时设置使能信号; M_set:分设置使能信号,
S_set:秒设置使能信号 ; 状态机信号:
Normal:正常显示状态; Hour_set:时设置状态;
Minute_set:分设置状态; Second_set:秒设置状态。
(4)Clock_cnt模块:完成数字钟的正常显示和数字钟的时、分、秒的校时,在校时模式下,通过ctl信号控制LED的闪烁,也就是间隔1s输出时间数据。
输入信号:
Clk:系统时钟 reset:复位信号;
up_en:校时信号 s_clk:1秒脉冲信号;
h_set:时设置使能信号; m_set:分设置使能信号,
s_set:秒设置使能信号;
输出信号:
h_data:时输出信号; m_data:分输出信号;
s_data:秒输出信号;
(5)Display模块:LED的动态显示,显示格式“时—分—秒”。
输入信号:
reset:复位信号; clk:系统时钟信号
scan_clk:数码管扫描信号 h_data:时信号;
m_data:分信号; s_data:秒信号;
输出信号:
d_col:数码管的位选择信号
d_out:译码后驱动数码管信号
五、系统设计仿真及测试方案
A、采用Quartusii和Modelsim的功能仿真,采用Quartusii的时序仿真分析,验证设计的正确性。
B、在Mars—EP1C3—EDA实验平台上实现本设计,并测试其正确性。具体方案如图4—3所示。
图4-3
C、实验板信号定义
本设计信号名 | 实验板信号名 | FPGA引脚 | 备注 | 本设计信号名 | 实验板信号名 | FPGA引脚 | 备注 |
d_out[0] | display7 | p5 | 低显dp段 | d_col[2] | Dis_A6 | P10 | 低显示 |
d_out[1] | display6 | p4 | 低显g段 | d_col[3] | Dis_A5 | P7 | 低显示 |
d_out[2] | display5 | p3 | 低显f段 | d_col[4] | Dis_A4 | P6 | 低显示 |
d_out[3] | display4 | p2 | 低显e段 | d_col[5] | Dis_A3 | P11 | 低显示 |
d_out[4] | display3 | p1 | 低显d段 | d_col[6] | Dis_A2 | P26 | 低显示 |
d_out[5] | display2 | p143 | 低显c段 | d_col[7] | Dis_A1 | P27 | 低显示 |
d_out[6] | display1 | p141 | 低显b段 | set | KEY1 | p107 | 按下为低 |
d_out[7] | display0 | p142 | 低显a段 | up | KEY2 | p106 | 按下为低 |
d_col[0] | Dis_A8 | P31 | 低显示 | clk | CLK_40M | p16 | 40M时钟 |
d_col[1] | Dis_A7 | P28 | 低显示 | reset | SYS_RST | p144 | 低复位 |
表4-1
六、模块详细设计及功能仿真
1、Freq_div模块设计及功能仿真:
(1)模块设计
分频电路的原理:分频电路实际上就是一个计数器,根据系统提供的时钟频率和你所需的时钟频率计算出计数的值,当计数值达到设置的值时,使输出变化一次。系统提供的时钟频率为40MHz,该模块包括三个分频电路:原理如图2-4所示。
第一步:将系统时钟40_000分频产生1KHz信号scan_clk;
第二步:将1KHz进行10分频产生100Hz信号key_clk;
第三步:将100Hz进行100分频产生1Hz信号s_clk.
图6—1
(2)功能仿真
为了减小仿真时间和难度,把分频值改小进行仿真。设置clk周期为2ns。
设置对clk进行4分频产生scan_clk;
设置对scan_clk进行3分频产生key_clk;
设置对key_clk进行5分频产生s_clk。
图6—2
有图知,scan_clk周期为:8ns=4Tclk。key_clk周期为:24ns=3Tscan_clk。S_clk周期为:120ns=5Tkey_clk=。分频功能正确。
2、Key_ctl模块设计及功能仿真
该模块主要功能是对异步的按键信号同步处理,并消除按键抖动。原理:先用D触发器打两级,然后间隔10ms(key_clk有效)采样,把两次采样值相与,比较两次采样值是否同一,由于直接由触发器输出的信号时间宽度可能过长,所以在触发器后再接一级同步化电路,保证每次输出的有效信号只占有一个时钟周期的宽度。图6-3是set按键的同步消抖处理电路,up的原理与其相同。
(1)模块设计
图6—3 Set 按键消抖原理
(2)功能仿真
图6-4
有图6—4知,按键set的前沿抖动时间为120ns,后沿抖动时间为130ns,按键的稳定时间为540ns,故可设置采样间隔为200ns,有set_en波形可知,当两次的采样信号结果相同时,这时输出信号才可能发生变化,对应的按键的稳定闭合或断开,当两次的采样信号结果不同时,认为输入的信号为抖动信号,这时电路输出维持原状态不变,同时由于有同步化的处理,输出信号的高电平宽度只为系统时钟的一个周期。
3、Clcok_ctl模块设计及功能仿真
(1)模块算法设计
图4—7
(2)、功能仿真
有图可知,复位状态后进入:“正常显示"状态,输出控制信号:h_set=0,m_set=0,s_set=0;此后set_en按键每按一次状态发生一次变化,从“正常显示”→“时设置”→“分设置”→“秒设置”这样循环变化,并输出相应控制信号, “时设置”状态下输出控制信号:h_set=1,m_set=0,s_set=0;“分设置"状态下输出控制信号:h_set=0,m_set=1,s_set=0;“秒设置”状态下输出控制信号:h_set=0,m_set=0,s_set=1。工作模式转换和输出都正确。
4、Clock_cnt计数模块设计及功能仿真
(1)模块算法设计
时设置闪烁算法流程图
“分设置"、“秒设置"闪烁原理和“时设置原理一样"。
正常显示算法流程图:
采用BCD码计数,秒计计数值满之后向分进一位,让秒值清零,否则秒值自身加1,分计数值满之后向时进一位,让分值清零,否则分值加1,时计数值满之后,时清零,重新回到秒计数,这样循环执行.
图4—11
时设置算法流程图:
图4-8
分设置和秒设置算法流程和时设置流程类似。
(2)功能仿真
设置复位后时间初值为“23—45—09".
①“正常显示":设置h_set=0,m_set=0,s_set=0;
有图可知,“正常显示”状态下,不管up_en是否按下,时、分、秒的计数都正确。
②“时设置”:设置h_set=1,m_set=0,s_set=0;
有图知,“时设置”状态下,按键按下一次h_data加1,并间隔一个s_clk周期,输出时计数值h_data,功能正确
③“分设置”:设置h_set=0,m_set=1,s_set=0;
有图知,“分设置”状态下,按键按下一次m_data加1,并间隔一个s_clk周期,输出分计数值m_data,功能正确
④“秒设置”:设置h_set=0,m_set=0,s_set=1;
有图知,“秒设置"状态下,按键按下一次s_data加1,并间隔一个s_clk周期,输出时计数值s_data,功能正确。
5、display显示模块设计及功能仿真
(1)模块设计
显示原理:用1ms的扫描信号循环控制数码的某一位有效,在相应为有效时输出数据经译码后驱动数码管,比如:d_col=8’b1111_1110,8位数码管的最低位有效,此时将秒的低四位数据(s_data[3:0])译码,驱动数码管,若此时s_data[3:0]=4'd9=4’b1001,数码管此时将显示“9”.
数码管译码表:
led | led显示编码(d_out) |
4’b0000 | 8'b0000_0011 |
4’b0001 | 8'b1001_1111 |
4’b0010 | 8’b0010_0101 |
4'b0011 | 8'b0000_1101 |
4’b0100 | 8'b1001_1001 |
4’b0101 | 8'b0100_1001 |
4’b0110 | 8'b0100_0001 |
4’b0111 | 8’b0001_1111 |
4'b1000 | 8’b0000_0001 |
4’b1001 | 8’b0001_1001 |
4'b1010 | 8'b1111_1101 |
4’b1111 | 8'b1111_1111 |
说明:4’b1010,经译码后显示“-”,4’b1111,经译码后,LED不亮。
(2)功能仿真
设置时间初值为“23—45—09”,控制数码管位选择的信号d_col复位状态后为“8’b1111_1110”,然后在扫描频率作用下位选信号循环左移,并输出相应的时间数据译码值,从“秒低四位”→“秒高四位”→“-”→“分低四位”→“分高四位”→“-”→“时第四位"→“时高四位”这样循环送出数据。显示数据正确。
七、系统功能仿真
计数初始设置:设置系统复位后时间初值为“23—45—09";
分频设置:设置clk周期为2ns。设置对clk进行5分频产生scan_clk;设置对scan_clk进行5分频产生key_clk;设置对key_clk进行4分频产生s_clk。
(1)正常显示模式
(2)设置模式
有图可以知系统功能正确.
八、系统综合实现及静态时序分析
综合后的RTL级电路
静态时序分析报告
设置建立时间为1ns
九、实际系统测试
设置系统复位后时间初值为“23—45—09”,然后全编译,下载到实验板,按KEY1(set键)可以进行正常的模式选择,从正常显示->时设置-〉分设置-〉秒设置,每按下一次循环一次。并且在设置工作模式时,可以看到被设置相应数字按1秒速率闪烁,其它数字不变,功能正确。达到了设计的要求.
在设置工作模式时,每按KEY2(UP)键一次,被设置相应数字增加1,加到最大值后再加返回0,如小时加到23后再加就返回0,分和秒加到59后再加返回0 .功能正确。达到了设计的要求.
十、总结
经过两周的学习,初步掌握了一简单个数字系统的设计方法和设计流程;深入了解了数字系统自顶向下的设计方法,顶层设计、模块详细设计、各个模块仿真、系统仿真和时序分析。
刚开始设计时,忽略了好多细节,比如按键的消抖原理,不能用软件的消抖原理来设计硬件电路,为什么要采用BCD码计数,处于设置模式时怎么控制数码管的闪烁,这问题困扰了好久,通过陈老师讲解,以及和其他同学的相互沟通,把这些难题都解决了.
现在明白了做设计前写设计方案的重要性,只要方案正确可行,后面写代码以及调试,都很简单。自己在写设计方案方面还有好多不足,以后需多多学习。
在写代码时,要以FPGA的设计规范为准则,比如模块、信号的命名要有一定的意义;使用if..。else语句时,必须严格的逐层缩进对齐;代码后必须加入详细、清晰的注释行以增强代码的可读性和可移植性;等等.
附录:源代码和测试代码
Freq_div模块:
源代码:
module Freq_div
( // {{ALTERA_ARGS_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! clk, rst_n, scan_clk, s_clk, key_clk // {{ALTERA_ARGS_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE!
);
// Port Declaration // {{ALTERA_IO_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! input clk; input rst_n; output scan_clk; output s_clk; output key_clk; // {{ALTERA_IO_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE! reg scan_clk; reg s_clk; reg key_clk; reg[15:0] cnt1; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin scan_clk〈=0; cnt1<=16’d0; end else if(cnt1==16'd39_999) begin cnt1〈=16'd0; scan_clk<=1; end else begin cnt1〈=cnt1+16’d1; scan_clk<=0; end end reg[3:0] cnt2; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin key_clk<=0; cnt2〈=4’d0; end else if(scan_clk) begin if(cnt2==4'd9) begin cnt2〈=4'd0; key_clk〈=1; end else begin cnt2〈=cnt2+4'd1; key_clk〈=0; end end else key_clk<=0; end reg[6:0] cnt3; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin s_clk<=0; cnt3〈=7'd0; end else if(key_clk) begin if(cnt3==7’d99) begin cnt3〈=7’d0; s_clk〈=1; end else begin cnt3<=cnt3+7’d1; s_clk〈=0; end end else s_clk〈=0; end
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module freq_div_tb; reg rst_n,clk; wire key_clk,scan_clk,s_clk; always #1 clk=~clk; initial begin clk=0; rst_n=0; #3 rst_n=1; #200_000 $stop; end freq_div freq_div(clk, rst_n, scan_clk, s_clk, key_clk);
endmodule
Key_ctl模块:
Clock_ctl模块:
源代码:
module Clock_ctl
( // {{ALTERA_ARGS_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! clk, rst_n, set_en, h_set, m_set, s_set // {{ALTERA_ARGS_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE!
);
// Port Declaration // {{ALTERA_IO_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! input clk; input rst_n; input set_en; output h_set; output m_set; output s_set; // {{ALTERA_IO_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE! reg h_set; reg m_set; reg s_set; parameter[1:0] normal=2'b00,hour_set=2'b01, minute_set=2'b10,second_set=2’b11; reg[1:0] current_state,next_state; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin current_state〈=normal; end else current_state<=next_state; end always@(current_state or set_en) begin case(current_state) normal: if(set_en) next_state<=hour_set; else next_state<=normal; hour_set: if(set_en) next_state<=minute_set; else next_state<=hour_set; minute_set:if(set_en) next_state<=second_set; else next_state<=minute_set; second_set:if(set_en) next_state〈=normal; else next_state<=second_set; endcase end always@(current_state) begin case(current_state) normal: begin h_set〈=0;m_set<=0;s_set〈=0;end hour_set: begin h_set〈=1;m_set<=0;s_set<=0;end minute_set: begin h_set<=0;m_set〈=1;s_set<=0;end second_set: begin h_set〈=0;m_set<=0;s_set〈=1;end endcase end
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module clock_ctl_tb; reg clk; reg rst_n; reg set_en; wire h_set; wire m_set; wire s_set; always #5 clk=~clk; initial begin rst_n=0; clk=0; set_en=0; #13 rst_n=1; #13 set_en=1; #10 set_en=0; #23 set_en=1; #10 set_en=0; #23 set_en=1; #10 set_en=0; #23 set_en=1; #10 set_en=0; #23 set_en=1; #10 set_en=0; #10 rst_n=0; #12 $stop; end clock_ctl clock_ctl(clk,rst_n,set_en,h_set,m_set,s_set);
endmodule
Clock_cnt模块:
源代码:
module Clock_cnt
( // {{ALTERA_ARGS_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! clk, h_set, m_set, s_set, up_en, rst_n, s_clk, h_data, m_data, s_data // {{ALTERA_ARGS_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE!
);
// Port Declaration // {{ALTERA_IO_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! input clk; input h_set; input m_set; input s_set; input up_en; input rst_n; input s_clk; output [7:0] h_data; output [7:0] m_data; output [7:0] s_data; // {{ALTERA_IO_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE! reg [7:0] hour; reg [7:0] min; reg [7:0] sec; reg [2:0] ctl; assign h_data=ctl[2]?8'b1111_1111:hour; assign m_data=ctl[1]?8’b1111_1111:min; assign s_data=ctl[0]?8’b1111_1111:sec; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin ctl〈=3’d0; hour<=8'h23; min<=8'h45; sec<=8'h09; end else begin if(h_set==0&&m_set==0&&s_set==0)//normal begin ctl〈=3'd0; if(s_clk) begin if(sec==8'h59)//seconds counter begin sec<=8’h0; if(min==8’h59)//minute counter begin min〈=8'h0; if(hour==8'h23)//hour counter hour〈=8'h0; else //hour counter begin if(hour[3:0]==4'd9) begin hour[3:0]〈=4’d0; hour[7:4]〈=hour[7:4]+4’d1; end else hour[3:0]〈=hour[3:0]+4’d1; end end else begin//minute counter if(min[3:0]==4'd9) begin min[3:0]〈=4’d0; min[7:4]<=min[7:4]+4’d1; end else min[3:0]〈=min[3:0]+4'd1; end end else begin //seconds counter if(sec[3:0]==4’d9) begin sec[3:0]<=4’d0; sec[7:4]<=sec[7:4]+4'd1; end else sec[3:0]<=sec[3:0]+4’d1; end end end else if(h_set==1&&m_set==0&&s_set==0) //hour set begin if(up_en) //up_en down begin if(hour==8'h23) hour〈=8'h0; else begin if(hour[3:0]==4'd9) begin hour[3:0]<=4’d0; hour[7:4]〈=hour[7:4]+4'd1; end else hour[3:0]〈=hour[3:0]+4'd1; end end else if(s_clk) begin ctl[2]<=~ctl[2]; ctl[1:0]<=2'b00; end end else if(h_set==0&&m_set==1&&s_set==0) begin if(up_en) begin if(min==8’h59)//minute set min〈=8’h0; else begin //minute set if(min[3:0]==4'd9) begin min[3:0]〈=4’d0; min[7:4]〈=min[7:4]+4’d1; end else min[3:0]〈=min[3:0]+4'd1; end end else if(s_clk) begin ctl[2]<=0; ctl[1]<=~ctl[1]; ctl[0]<=0; end end else if(h_set==0&&m_set==0&&s_set==1) begin if(up_en) begin if(sec==8'h59)//second set sec〈=8'h0; else begin //second set if(sec[3:0]==4'd9) begin sec[3:0]<=4'd0; sec[7:4]〈=sec[7:4]+4’d1; end else sec[3:0]<=sec[3:0]+4’d1; end end else if(s_clk) begin ctl[2]〈=0; ctl[1]〈=0; ctl[0]<=~ctl[0]; end end end end
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module clock_cnt_tb; reg clk; reg h_set; reg m_set; reg s_set; reg up_en; reg rst_n; reg s_clk; wire[7:0] h_data; wire[7:0] m_data; wire[7:0] s_data; always #1 clk=~clk; always begin #2 s_clk=0; #8 s_clk=1; end initial begin clk=0; s_clk=0; h_set=0; m_set=0; s_set=0; rst_n=0; up_en=0; #12 rst_n=1;//normal #81 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0; #10000 h_set=1;//hour set #51 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0;h_set=0;//normal #100 m_set=1;//minute set #53 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0;m_set=0;//normal #100 s_set=1;//second set #53 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0; #21 up_en=1; #2 up_en=0;s_set=0; #100 $stop; end clock_cnt clock(clk,h_set,m_set,s_set,up_en,rst_n,s_clk,h_data,m_data,s_data);
endmodule
Display模块:
源代码:
module Display
( // {{ALTERA_ARGS_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! clk, scan_clk, rst_n, h_data, m_data, s_data, d_out, d_col // {{ALTERA_ARGS_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE!
);
// Port Declaration // {{ALTERA_IO_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE! input clk; input scan_clk; input rst_n; input [7:0] h_data; input [7:0] m_data; input [7:0] s_data; output [7:0] d_out; output [7:0] d_col; // {{ALTERA_IO_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE! reg[7:0] d_col; reg[7:0] d_out; reg[3:0] led; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) d_col<=8'b1111_1110; else if(scan_clk) d_col〈={d_col[6:0],d_col[7]}; end always@(d_col or s_data or m_data or h_data) begin case(d_col) 8'b1111_1110:led<=s_data[3:0]; 8’b1111_1101:led〈=s_data[7:4]; 8’b1111_1011:led<=4’b1010; 8’b1111_0111:led〈=m_data[3:0]; 8'b1110_1111:led〈=m_data[7:4]; 8'b1101_1111:led<=4'b1010; 8’b1011_1111:led<=h_data[3:0]; 8’b0111_1111:led〈=h_data[7:4]; default:led<=4’b1010; endcase end always@(led) //送数据 begin case(led) 4'b0000:d_out=8’b0000_0011; 4'b0001:d_out=8’b1001_1111; 4'b0010:d_out=8’b0010_0101; 4'b0011:d_out=8'b0000_1101; 4'b0100:d_out=8’b1001_1001; 4’b0101:d_out=8'b0100_1001; 4’b0110:d_out=8’b0100_0001; 4’b0111:d_out=8’b0001_1111; 4’b1000:d_out=8'b0000_0001; 4'b1001:d_out=8'b0001_1001; 4’b1010:d_out=8'b1111_1101; default:d_out=8’b1111_1111; endcase end
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module display_tb; reg clk; reg scan_clk; reg rst_n; reg[7:0] h_data; reg[7:0] m_data; reg[7:0] s_data; wire[7:0] d_ctl; wire[7:0] d_out; always #5 clk=~clk; always #5 scan_clk=~scan_clk; initial begin clk=0; scan_clk=0; rst_n=0; h_data=8'h23; m_data=8'h45; s_data=8'h09; #13 rst_n=1; #200 $stop; end display display(clk,scan_clk,rst_n,h_data,m_data,s_data,d_ctl,d_out);
endmodule