基于FPGA的自动打铃系统的设计与实现.doc
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1、自动打铃系统设计说明书学 生 姓 名:罗衡学 号:14092500060专 业 班 级:电子092BF报告提交日期:20111128湖 南 理 工 学 院 物 电 学 院目录一、题目及要求简介11. 设计题目12.总体要求简介1二、设计方案说明1三、各部分功能介绍及程序21.系统框图22.选择的FPGA芯片及配置23。各模块(元件)说明2四、仿真结果41。计时进位42。手动校时53。六点整闹铃5五、说明51.输入激励信号说明52.输出结果说明6六、源程序61。顶层模块62. 模式控制子模块73. 计时及调整子模块84. 闹铃及调整子模块105. 显示子模块11七、参考文献14一、设计题目及要求
2、简介1。设计题目基于FPGA的自动打铃系统的设计与实现2.总体要求简介(1)基本计时和显示功能 24小时制显示动态扫描显示显示格式:88-8888(2)能设置当前时间(含时、分)(3)能实现基本打铃功能,上午06:00起床铃,打铃5秒二、 设计方案说明本系统采用自顶向下的模块化设计方法,将数字闹钟按照功能实现分为模式控制模块、计时及调整模块、闹铃及调整模块、显示模块。系统调整部分软件控制流程示意图如图21所示。开始mode120校时功能闹铃功能计时功能调整小时LD_hour亮调整小时turn切换切换LD_min亮调整分钟调整分钟changeLD_alert亮返回计时返回计时图2-1三、 各部分
3、功能介绍及程序1.系统框图顶层电路主要由FPGA实现,输出信号接到八位数码管、LED指示灯及扬声器上,系统框图如图31所示。Altera AlertLD_alertLD_hourLD_minseldecodeoutclkclk_1k mode turn change顶层模块八位数码管显示模块图3-12. 选择的FPGA芯片及配置本系统选择ACEX1K系列的EP1K10TC100-3芯片,由于FPGA器件是基于SRAM结构的,具有易失性,在此采用被动串行配置(PS)方式,由外部的计算机控制配置过程,使用USB-Blaster下载电缆下载程序。3。各模块(元件)说明3.1 顶层文件端口说明modu
4、le alarmclock(clk,clk_1k,mode,change,turn,sel,decodeout,alert,LD_alert,LD_hour,LD_min);input clk,clk_1k,mode,change,turn;output alert,LD_alert,LD_hour,LD_min;output2:0 sel;output7:0 decodeout;reg7:0 hour,min,sec,hour1,min1,sec1,ahour,amin;reg1:0 m,fm,num1,num2,num3,num4;reg1:0 loop1,loop2,loop3,loop
5、4,sound;reg LD_alert,LD_hour,LD_min;reg clk_1HZ,clk_2HZ,minclk,hclk;reg alert1,ear;reg count1,count2,counta,countb;wire ct1,ct2,cta,ctb,m_clk,h_clk;reg 2:0 sel;reg 7:0 decodeout;3.2 顶层文件引脚映射说明输入引脚5个,输出引脚15个,映射关系如图3-2所示。图323.23各子模块说明模式控制子模块此模块通过mode信号0、1、2三种状态的控制,使系统分别在计时、闹铃、校时三种模式下工作。计时及调整子模块当mode信号
6、为0时,在基准时钟信号clk下,系统按60进制加1计时;当mode信号为2时,若检测到turn信号的脉冲时,在校对小时和分钟之间作切换,当前的调整状态可通过LD_hour或LD_min指示灯查看,change信号每来一个脉冲,计数器加1,这样可以将系统当前的时间调到任意时刻.闹铃及调整子模块此模块下,mode信号为2,当检测到turn信号的脉冲时,闹铃定时在小时和分钟之间作切换,当前的调整状态可通过LD_hour或LD_min指示灯查看,change信号每来一个脉冲,计数器加1,这样可以给系统设置任意时刻的闹铃,设置完成之后LD_alert指示灯会常亮(注:此模块程序中已经加入了六点整闹铃控制
7、语句)。显示子模块此模块用于将实时时间(包括调整过程中时钟的状态)输出到八位数码管中,通过sel信号位选的控制动态扫描显示当前时钟。四、 仿真结果1. 计时进位(以23:59:59为例)当秒计时满59时,向分钟进位并重新开始计时;当分钟计时满59时,向小时进位并重新开始计时;当小时计时满23时,清零并重新开始计时,23:59:59时刻后从00:00:00重新开始计时,仿真波形如图4-1所示。图412. 手动校时(以06:05为例)给mode输入2个连续的高脉冲使系统进入校时模式,再给change输入6个连续高脉冲使小时调到六点,此过程中LD_hour指示灯亮,再给turn一个高脉冲切换到调分钟
8、状态,再给change输入5个连续高脉冲使小时调到五分钟,此过程中LD_min指示灯亮,再给mode一个高脉冲回到计时模式,此后系统从06:05分开始计时,仿真波形如图4-2所示.图423. 六点整闹铃闹铃指示灯LD_alert常亮表明已经设置闹铃,06:00开始闹铃5秒,仿真波形如图43所示。图43五、说明1。输入激励信号说明clk:标准时钟信号;clk_1k:数码管扫描时钟;mode:功能模式控制信号,为0:计时功能;为1:闹铃功能;为2:校时功能;turn:接按键,在手动校时功能时,选择调整小时/分钟;change:接按键,手动调整时,每按一次,计数器加1;2. 输出结果说明alert:
9、输出到扬声器的信号,用于产生闹铃声;sel:数码管位选信号,选择当前要显示的位置;decodeout:数码管段选信号,显示当前数字;LD_alert:接LED,灯亮表示设置了闹铃;LD_hour:接LED,灯亮表示正在调整小时;LD_min:接LED,灯亮表示正在调整分钟。六、源程序1、 顶层电路模块modulealarmclock(clk,clk_1k,mode,change,turn,sel,decodeout,alert,LD_alert,LD_hour,LD_min);input clk,clk_1k,mode,change,turn;output alert,LD_alert,LD_
10、hour,LD_min;output2:0 sel;output7:0 decodeout;reg7:0 hour,min,sec,hour1,min1,sec1,ahour,amin;reg1:0 m,fm,num1,num2,num3,num4;reg1:0 loop1,loop2,loop3,loop4,sound;reg LD_alert,LD_hour,LD_min;reg clk_1HZ,clk_2HZ,minclk,hclk;reg alert1,ear;reg count1,count2,counta,countb;wire ct1,ct2,cta,ctb,m_clk,h_cl
11、k;reg 2:0 sel;reg 7:0 decodeout;/调用子模块modecontrol modecontrol(mode,change,turn,m,count1,count2,counta,countb);timer timer(m,clk,count1,counta,turn,hour1,min1,sec1);bell bell(clk,ear,ct2,ctb,alert1,hour1,min1,sec1,ahour,amin);display display(m,hour1,min1,sec1,ahour,amin,sel,decodeout);endmodule2。模式控制
12、子模块module modecontrol(mode,change,turn,m,count1,count2,counta,countb);input mode,change,turn;output m,count1,count2,counta,countb;reg count1,count2,counta,countb;reg LD_hour,LD_min;reg fm,m;always (posedge mode) /控制系统在三种功能间转换begin if(m = 2) m = 0;else m = m+1; end always (posedge turn)fm= fm;always
13、/产生count1,count2,counta,countb四个信号begincase(m)2:begin if(fm)/校时模式begin count1 = change; LD_min,LD_hour = 2; endelsebegin counta = change; LD_min,LD_hour = 1; endcounta,countb = 0; end1:begin if(fm)/闹铃模式begin count2 = change; LD_min,LD_hour = 2; endelse begin countb = change; LD_min,LD_hour = 1; end
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