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題目：數(shù)字日歷電路
1? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)要求
1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)數(shù)字日歷。
1.1.2 性能指標(biāo)要求
① 用EDA實(shí)訓(xùn)儀的I/O設(shè)備和PLD芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字日歷的設(shè)計(jì)。
② 數(shù)字日歷能夠顯示年、月、日、時(shí)、分和秒。
③ 用EDA實(shí)訓(xùn)儀上的8只八段數(shù)碼管分兩屏分別顯示年、月、日和時(shí)、分、秒，即在一定時(shí)間段內(nèi)顯示年、月、日（如20080101），然后在另一時(shí)間段內(nèi)顯示時(shí)、分、秒（如00123625），兩個(gè)時(shí)間段能自動(dòng)倒換。
④ 數(shù)字日歷具有復(fù)位和校準(zhǔn)年、月、日、時(shí)、分、秒的按鈕，但校年和校時(shí)同用一個(gè)按鈕，即在顯示年、月、日時(shí)用此按鈕校年，在顯示時(shí)、分、秒時(shí)則用此按鈕校時(shí)，依此類推。
1.2 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)框圖
1.2.1設(shè)計(jì)思路
根據(jù)萬年歷的實(shí)際特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的部分就是24小時(shí)計(jì)數(shù)器部分。它由兩片60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一片24進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，輸入clk為1Hz（秒）的時(shí)鐘，經(jīng)過60分頻后產(chǎn)生1分鐘的時(shí)鐘信號(hào)，再經(jīng)過60分頻后，產(chǎn)生1小時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)，最后進(jìn)行24分頻，得到1天的脈沖送cout輸出。
當(dāng)計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)完成后，可以為它產(chǎn)生一個(gè)元件符號(hào)，作為萬年歷設(shè)計(jì)的基本元件。除了基礎(chǔ)的計(jì)時(shí)器模塊（day），萬年歷電路還包括年月日模塊（nyr2013），控制模塊（contr），校時(shí)選擇模塊（mux_4）和顯示選擇模塊（mux_16）。在基礎(chǔ)計(jì)數(shù)器完成的天計(jì)數(shù)脈沖完成之后，送入年月日模塊中進(jìn)入進(jìn)一步的計(jì)數(shù)，最終進(jìn)一步得到日，月，年的計(jì)數(shù)結(jié)果。
由于設(shè)計(jì)要求8只八段數(shù)碼管分兩屏分別顯示年、月、日和時(shí)、分、秒，所以控制模塊便通過控制信號(hào)k來控制數(shù)碼管是顯示時(shí)、分、秒還是年、月、日，或者自動(dòng)輪流顯示。相應(yīng)的顯示選擇模塊也是通過k信號(hào)來控制是選擇將計(jì)時(shí)器模塊的時(shí)、分、秒結(jié)果信號(hào)，還是將年月日模塊的年、月、日結(jié)果信號(hào)送到數(shù)碼管顯示。
設(shè)計(jì)還要求數(shù)字日歷具有復(fù)位和校準(zhǔn)年、月、日、時(shí)、分、秒的按鈕，但校年和校時(shí)同用一個(gè)按鈕，所以應(yīng)運(yùn)而生有校時(shí)選擇模塊，同樣也是在k信號(hào)的控制下，對(duì)j1、j2、j3這三個(gè)公共校時(shí)按鈕所產(chǎn)生的校時(shí)信號(hào)選擇是送到計(jì)時(shí)器模塊的校時(shí)端，還是年月日模塊的校年端，從而實(shí)現(xiàn)校時(shí)選擇功能。
以上就是大體的設(shè)計(jì)思路，各個(gè)模塊相輔相成，最終滿足設(shè)計(jì)要求。
1.2.2總體設(shè)計(jì)框圖
2? 各個(gè)模塊程序的設(shè)計(jì)
2.1 控制模塊contr的設(shè)計(jì)
控制模塊的元件符號(hào)如上圖所示。由于設(shè)計(jì)要求8只八段數(shù)碼管分兩屏分別顯示年、月、日和時(shí)、分、秒，因此需要通過在控制模塊中通過分頻電路來實(shí)現(xiàn)，在此模塊中采用了一個(gè)16秒的分頻電路，占空比為50%，即8秒高電平，8秒低電平，因此很容易實(shí)現(xiàn)萬年歷年、月、日和時(shí)、分、秒的自動(dòng)切換顯示功能。其中clk是1秒脈沖信號(hào)輸入端，k1和k2是控制輸入端：當(dāng){k1，k2}=00或11時(shí)即進(jìn)入自動(dòng)切換顯示模式，當(dāng){k1，k2}=01時(shí)，數(shù)碼管僅顯示時(shí)、分、秒，當(dāng){k1，k2}=10時(shí)，數(shù)碼管僅顯示年、月、日。{k1，k2}的值決定了控制信號(hào)k的輸出。
2.2 校時(shí)選擇模塊mux_4v的設(shè)計(jì)
校時(shí)選擇模塊的元件符號(hào)如上圖所示。k是控制信號(hào)的輸入端，由控制模塊輸出，控制對(duì)j1、j2、j3這三個(gè)公共校時(shí)按鈕所產(chǎn)生的校時(shí)信號(hào)選擇是送到計(jì)時(shí)器模塊的校時(shí)端，還是年月日模塊的校年端，其中當(dāng)k=0時(shí)，將j1、j2、j3產(chǎn)生的信號(hào)送到計(jì)時(shí)器模塊的jm（校秒）、jf（校分）、js（校時(shí)）端；其中當(dāng)k=1時(shí)，將j1、j2、j3產(chǎn)生的信號(hào)送到年月日模塊的jr（校日）、jy（校月）、jn（校年）端，從而校年和校時(shí)可以同用一組按鈕。
2.3 年月日模塊nyr2020的設(shè)計(jì)
年月日模塊的元件符號(hào)如上圖所示。k是控制信號(hào)的輸入端，由控制模塊輸出。其中，clrn是異步清除輸入端，低電平有效；clk是時(shí)鐘輸入端，上升沿有效；jn、jy、jr分別是校年、校月。校日的輸入端，qn、qy、qr則分別是年、月、日的狀態(tài)輸出端。
2.4 顯示選擇模塊mux_16v的設(shè)計(jì)
顯示選擇模塊的元件符號(hào)如上圖所示。k是控制信號(hào)的輸入端，由控制模塊輸出。因?yàn)榭刂颇K決定了數(shù)碼管有多中不同的顯示模式，所以當(dāng)k=0時(shí)，將計(jì)時(shí)器模塊輸出的qm、qf、qs的狀態(tài)信號(hào)送到數(shù)碼管顯示；而當(dāng)k=1時(shí)，將年月日模塊輸出的qr、qy、qn的狀態(tài)信號(hào)送到數(shù)碼管顯示。其中我加入了擴(kuò)展功能，在數(shù)碼管只顯示時(shí)、分、秒的時(shí)候，有2個(gè)數(shù)碼管并沒有數(shù)值顯示，因此我將其中一個(gè)數(shù)碼管選擇顯示A或F，當(dāng)時(shí)間在12點(diǎn)之前是顯示A，代表上午（AM），當(dāng)時(shí)間在12點(diǎn)之后時(shí)顯示F，代表下午（FM）。
2.5 計(jì)時(shí)器模塊jsq的設(shè)計(jì)
計(jì)時(shí)器模塊的元件符號(hào)如上圖所示。clk是秒時(shí)鐘輸入端；clrn是清除輸入端，低電平有效；jm、jf、js分別是校秒、校分、校時(shí)的輸入端，下降沿有效；qm、qf、qs分別是秒、分、時(shí)的輸出端；day是“天”脈沖輸出端。計(jì)時(shí)器模塊是萬年歷電路最基礎(chǔ)的組成部分。它由分頻器、兩片60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一片24進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，具體構(gòu)成如下圖：
2.6 LED顯示模塊LED1的設(shè)計(jì)(擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn))
qy和qr和nyr模塊中的輸出相連，LED是輸出，在實(shí)驗(yàn)時(shí)用一個(gè)LED燈把管腳鎖住鎖住，每到節(jié)日來的脈沖便會(huì)使LED燈亮。加入的擴(kuò)展功能，能讓萬年歷在節(jié)日的時(shí)候能亮一盞LED燈，比如在元旦節(jié)、情人節(jié)一些比較重要的節(jié)日，起到提醒的作用，也可以從而使萬年歷的顯示內(nèi)容更為完整。
3? 調(diào)試過程
把寫好的程序經(jīng)驗(yàn)證仿真確認(rèn)無誤并且鎖定好管腳后經(jīng)下載端口下載到EDA實(shí)訓(xùn)儀上，通過實(shí)際操作來驗(yàn)證是否能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。
4? 功能測(cè)試
4.1 測(cè)試儀器與設(shè)備
① EDA實(shí)訓(xùn)儀???? ????? 1臺(tái)
② 電腦??????????? ??? 1臺(tái)
4.2 性能指標(biāo)測(cè)試
① 數(shù)字日歷能夠正確顯示年、月、日、時(shí)、分和秒。
② EDA實(shí)訓(xùn)儀上的8只八段數(shù)碼管能夠分兩屏分別顯示年、月、日和時(shí)、分、秒。
③ EDA實(shí)訓(xùn)儀上的8只八段數(shù)碼管能夠自動(dòng)切換顯示年、月、日和時(shí)、分、秒。
④ 數(shù)字日歷具有復(fù)位和校準(zhǔn)年、月、日、時(shí)、分、秒的按鈕，且校年和校時(shí)同用一個(gè)按鈕就能實(shí)現(xiàn)。
4.3 誤差分析
由于在程序編寫的過程中經(jīng)過了反復(fù)的思考和檢查，因此在下載到硬件電路后，所有基礎(chǔ)功能都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且自己的擴(kuò)展功能也成功的實(shí)現(xiàn)。
部分程序清單
1、計(jì)算器模塊（jsq）
（1）分頻器
module fenpin(clk,cout);
input clk;
output reg cout;
reg[24:0]qq;
always @(posedge clk)
begin
if(qq==19999999) begin qq=0;cout=1;end
else begin qq=qq+1;cout=0;end
end
endmodule
（2）cnt60
module cnt60(clk,clrn,j,q,cout);
input clrn,clk,j;
output reg[7:0]q;
output reg cout;
always @(posedge clk^j or negedge clrn)
begin
if(~clrn) q=0;
else begin
if(q=='h59) q=0;
else q=q+1;
if(q[3:0]=='ha) begin q[3:0]=0; q[7:4]=q[7:4]+1;end
if(q=='h59) cout=1;
else cout=0;
end
end
endmodule
（3）cnt24
module cnt24(clrn,clk,j,q,cout);
input clrn,clk,j;
output reg[7:0]q;
output reg cout;
always @(posedge clk^j or negedge clrn)
begin
if(~clrn) q=0;
else begin
if(q=='h23) q=0;
else q=q+1;
if(q[3:0]=='ha) begin q[3:0]=0;q[7:4]=q[7:4]+1;end
if(q=='h23) cout=1;
else cout=0;
end
end
endmodule
2、控制模塊（contr）
module contr(clk,k1,k2,k);
input clk,k1,k2;
output reg k;
reg[3:0] qc;
reg rc;
always @(posedge clk)
begin
qc=qc+1;
if(qc<8) rc=0;
else rc=1;
case({k1,k2})
0:k=rc;
1:k=0;
2:k=1;
3:k=rc;
endcase
end
endmodule
3、校時(shí)選擇模塊（mux_4）
module mux_4(k,jm,jf,js,jr,jy,jn,j1,j2,j3);
input k,j1,j2,j3;
output reg jm,jf,js,jr,jy,jn;
always
begin
if(k==0)
{jm,jf,js}={j1,j2,j3};
else
{jr,jy,jn}={j1,j2,j3};
end
endmodule
4、顯示選擇模塊（mux_16v）
module mux_16v(k,qm,qf,qs,qr,qy,qn,q);
input k;
input[7:0]qm,qf,qs,qr,qy;
input[15:0]qn;
output reg [31:0] q;
always
begin
if(k==0)
begin
if(qs<'h12)
q[31:28]='ha;
else
q[31:28]='hf;
q[27:24]=0;
q[23:0]={qs,qf,qm};
end
else
q={qn,qy,qr};
end
endmodule
下載ECAD模型
