文章目錄

• 前言
• 一、回顧數碼管
• 二、任務描述
• 三、系統框圖
• 四、模塊調用
• 五、模塊原理圖
• 六、工程源碼
• • 6.2 時鐘計數模塊代碼
  • 6.2 數碼管驅動模塊代碼
  • 6.3 頂層模塊代碼
• 七、仿真測試
• • 7.1 測試代碼
  • 7.2 仿真結果
• 八、管腳信息
• 九、運行效果
• 總結

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前言

一、回顧數碼管

??Cyclone IV開發板上的數碼管一共有6個，我們每次只能選擇其中一個顯示，怎么解決電子時鐘時、分、秒同時顯示呢？要實現電子時鐘首先要了解什么是余暉效應。
??余暉效應一般指視覺暫留。 視覺暫留現象即視覺暫停現象（Persistence of vision，Visual staying phenomenon，duration of vision）又稱“余暉效應”。只要數碼管位選信號切換得足夠快，數碼管由亮到滅這一過程是需要一段時間的，由于時間很短，我們的眼睛是沒有辦法分清此時此刻數碼管的狀態，給人的感覺就是數碼管是一直亮的。以此來達到欺騙人眼的效果，這樣就可以實現同時顯示時、分、秒。

圖1. 數碼管動態顯示

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二、任務描述

??使用數碼管設計電子時鐘，計數器部分有3種實現方法：

采用1個計數器，模為24x60x60；

采用3個計數器，模分別為24、60、60；

采用6個計數器分別計數時、分、秒的個位、十位；

• 方法1：計數器個數少，設計簡單，但是后面數碼管譯碼時，需要對計數值取余、取整，分離出時、分、秒的個位和十位，比較耗費組合邏輯資源；
• 方法2：3個計數器，后面數碼管譯碼時，需要對時、分、秒計數值取余、取整，分離出時、分、秒的個位和十位，比較耗費組合邏輯資源；
• 方法3：6個計數器，相對復雜一點，但是計數值直接就是時、分、秒的個位和十位值，不需要除法器進行取余、取整操作，使用的觸發器資源略多，但節省組合邏輯資源。
  ??本實驗使用方法1，其他方法同學們可以自行嘗試。

圖2. 電子時鐘

??我們最后實現的效果如圖2所示，由于開發板上的數碼管沒有冒號（:），所以我們直接忽略冒號。

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三、系統框圖

• 計數器模塊：產生時、分、秒計數值；
• 數碼管驅動模塊：對時、分、秒計數值進行譯碼，產生驅動數碼管動態顯示數字的位選信號和段選信號。

圖3. 系統框圖

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四、模塊調用

圖4. 模塊關系示意圖

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五、模塊原理圖

圖5. 模塊原理圖

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六、工程源碼

6.2 時鐘計數模塊代碼

module counter(input wire clk ,//時鐘input wire rst_n,//復位信號output reg [4:0] hour ,//小時output reg [5:0] min ,//分鐘output reg [5:0] sec//秒);parameter MAX_NUM = 26'd49_999_999;//1s parameter TOTAL_SEC = 17'd86399 ;//24x60x60s reg [25:0] cnt_sec ;//秒計數器 reg [16:0] cnt_time;//計時器//計時1s秒鐘模塊 always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begincnt_sec <= 26'd0;end else if(cnt_sec == MAX_NUM)begincnt_sec <= 26'd0;end else begincnt_sec <= cnt_sec + 1'd1;end end //時間模塊 always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begincnt_time <= 17'd0;end else if(cnt_time == TOTAL_SEC && cnt_sec == MAX_NUM)begincnt_time <= 17'd0;end else if(cnt_sec == MAX_NUM)begincnt_time <= cnt_time + 1'd1;end else begincnt_time <= cnt_time;end end //取出時分秒模塊 always@(*)beginhour = cnt_time / 12'd3600 ;//小時min = (cnt_time % 12'd3600) / 6'd60;//分鐘sec = (cnt_time % 12'd3600) % 6'd60;//秒 end endmodule

6.2 數碼管驅動模塊代碼

module seg_driver(input wire clk ,//時鐘input wire rst_n,//復位信號input wire [4:0] hour ,//小時input wire [5:0] min ,//分鐘input wire [5:0] sec ,//秒output reg [5:0] seg_sel,output reg [7:0] seg_ment );parameter CNT_20US = 10'd999;//20微秒 wire [3:0] sec_low ;//秒的低位 wire [2:0] sec_high ;//秒的高位 wire [3:0] min_low ;//分鐘的低位 wire [2:0] min_high ;//分鐘的高位 wire [1:0] hour_low ;//小時的低位 wire [1:0] hour_high;//小時的高位 reg [9:0] cnt ;//計數器，計20us時間 reg [3:0] number ;//顯示時分秒寄存器//計時模塊 always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begincnt <= 10'd0; end else if(cnt == CNT_20US)begincnt <= 10'd0;end else begincnt <= cnt + 1'd1;end end //位選信號切換模塊 always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginseg_sel <= 6'b011111;//初始化第一個數碼管亮end else if(cnt == CNT_20US)beginseg_sel <= {seg_sel[0],seg_sel[5:1]};//每隔20us進行位移操作end else beginseg_sel <= seg_sel;//其他時間保持不變end end //位選信號譯碼模塊 always@(*)begincase(seg_sel)6'b011111: number = sec_low ;//秒的低位給第一個數碼管顯示6'b101111: number = sec_high ;//秒的高位給第二個數碼管顯示6'b110111: number = min_low ;//分鐘的低位給第三個數碼管顯示6'b111011: number = min_high ;//分鐘的高位給第四個數碼管顯示6'b111101: number = hour_low ;//小時的低位給第五個數碼管顯示6'b111110: number = hour_high;//小時的高位給第六個數碼管顯示default: number = sec_low ;endcase end //段選信號譯碼模塊 always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginseg_ment <= 8'b1100_0000;//初始化顯示0endelse begincase(number)4'd0: seg_ment <= 8'b1100_0000;//數碼管顯示04'd1: seg_ment <= 8'b1111_1001;//數碼管顯示14'd2: seg_ment <= 8'b1010_0100;//數碼管顯示24'd3: seg_ment <= 8'b1011_0000;//數碼管顯示34'd4: seg_ment <= 8'b1001_1001;//數碼管顯示44'd5: seg_ment <= 8'b1001_0010;//數碼管顯示54'd6: seg_ment <= 8'b1000_0010;//數碼管顯示64'd7: seg_ment <= 8'b1111_1000;//數碼管顯示74'd8: seg_ment <= 8'b1000_0000;//數碼管顯示84'd9: seg_ment <= 8'b1001_0000;//數碼管顯示9default: seg_ment <= 8'b1100_0000;//數碼管顯示0endcase end end assign sec_low = sec % 4'd10 ;//秒的低位如59秒--->9 assign sec_high = sec / 4'd10 ;//秒的高位如59秒--->5 assign min_low = min % 4'd10 ;//分鐘的低位如59--->9 assign min_high = min / 4'd10 ;//分鐘的高位如59--->5 assign hour_low = hour % 4'd10;//小時的低位如23--->3 assign hour_high = hour / 4'd10;//小時的高位如23--->2 endmodule

6.3 頂層模塊代碼

module digital_clock(input wire clk ,//時鐘input wire rst_n,//復位信號output wire [5:0] seg_sel,//數碼管位選信號output wire [7:0] seg_ment//數碼管段選信號); parameter MAX_NUM = 26'd49_999_999;//1s parameter TOTAL_SEC = 17'd86399 ;//60x24x24s parameter CNT_20US = 10'd999 ;//20us wire [4:0] hour;//小時 wire [5:0] min ;//分鐘 wire [5:0] sec ;//秒 //實例化計數器模塊 counter#(.MAX_NUM(MAX_NUM),.TOTAL_SEC(TOTAL_SEC)) u_counter( .clk (clk) , .rst_n (rst_n),.hour (hour) , .min (min) , .sec (sec));//實例化數碼管驅動模塊 seg_driver#(.CNT_20US(CNT_20US)) u_seg_driver( .clk (clk) , .rst_n (rst_n) , .hour (hour) , .min (min) , .sec (sec) ,.seg_sel (seg_sel), .seg_ment (seg_ment) );endmodule

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七、仿真測試

7.1 測試代碼

`timescale 1ns/1ns module digital_clock_tb();parameter MAX_NUM = 26'd5 ;//100ns parameter TOTAL_SEC = 17'd100;//100x5x100ns parameter CNT_20US = 11'd1 ;//20ns，位選信號切換間隔 parameter CYCLE = 20 ;//20ns，模擬時鐘 reg clk ;//時鐘寄存器 reg rst_n;//復位寄存器wire [5:0] seg_sel ;//位選信號 wire [7:0] seg_ment;//段選信號always#(CYCLE/2) clk = ~clk;//模擬時鐘信號 //初始化 initial beginclk = 1'b0 ;//時鐘初始化為0rst_n = 1'b0 ;//復位信號初始化為0#(CYCLE) ;//延遲一個周期rst_n = 1'b1 ;//復位信號置1#(MAX_NUM * TOTAL_SEC * CYCLE);//延遲一段時間$stop ;//停止 end //實例化數字時鐘頂層模塊 digital_clock#(.MAX_NUM(MAX_NUM) ,.TOTAL_SEC(TOTAL_SEC),.CNT_20US(CNT_20US)) u_digital_clock( .clk (clk) ,//時鐘 .rst_n (rst_n) ,//復位信號.seg_sel (seg_sel),//數碼管位選信號 .seg_ment(seg_ment)//數碼管段選信號); endmodule

7.2 仿真結果

圖6. 仿真結果

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八、管腳信息

元件管腳

SEL0	A4
SEL1	B4
SEL2	A3
SEL3	B3
SEL4	A2
SEL5	B1
DIG0	B7
DIG1	A8
DIG2	A6
DIG3	B5
DIG4	B6
DIG5	A7
DIG6	B8
DIG7	A5
CLOCK（時鐘）	E1
KEY1	E15

表1. 管腳信息表

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九、運行效果

數碼管電子時鐘

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總結

??電子時鐘是在數碼管動態顯示實驗基礎上開發的項目，只要你熟悉數碼管動態顯示項目流程，在開發電子時鐘的時候也會游刃有余。以上就是數碼管電子時鐘的全部內容，后期將推出什么是ip課程。敬請期待，謝謝你的觀看！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数码管电子时钟的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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