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学弟加油! ———来自科大焯人
最近刚好学习了数电有关知识,就做了这个项目(闹钟过于繁琐就没有做了)
希望给还在学习的大伙一点参考,完整代码在最后
在这里先附上两串代码分别是debounce(按键消抖)和divide(分频)
这两个在小脚丫的示例中都可以找到,但我还是先附在这
- //按键消抖
- module debounce (clk,rst,key,key_pulse);
-
- parameter N = 1; //要消除的按键的数量
-
- input clk;
- input rst;
- input [N-1:0] key; //输入的按键
- output [N-1:0] key_pulse; //按键动作产生的脉冲
-
- reg [N-1:0] key_rst_pre; //定义一个寄存器型变量存储上一个触发时的按键值
- reg [N-1:0] key_rst; //定义一个寄存器变量储存储当前时刻触发的按键值
-
- wire [N-1:0] key_edge; //检测到按键由高到低变化是产生一个高脉冲
-
- //利用非阻塞赋值特点,将两个时钟触发时按键状态存储在两个寄存器变量中
- always @(posedge clk or negedge rst)
- begin
- if (!rst) begin
- key_rst <= {N{1'b1}}; //初始化时给key_rst赋值全为1,{}中表示N个1
- key_rst_pre <= {N{1'b1}};
- end
- else begin
- key_rst <= key; //第一个时钟上升沿触发之后key的值赋给key_rst,同时key_rst的值赋给key_rst_pre
- key_rst_pre <= key_rst; //非阻塞赋值。相当于经过两个时钟触发,key_rst存储的是当前时刻key的值,key_rst_pre存储的是前一个时钟的key的值
- end
- end
-
- assign key_edge = key_rst_pre & (~key_rst);//脉冲边沿检测。当key检测到下降沿时,key_edge产生一个时钟周期的高电平
-
- reg [17:0] cnt; //产生延时所用的计数器,系统时钟12MHz,要延时20ms左右时间,至少需要18位计数器
-
- //产生20ms延时,当检测到key_edge有效是计数器清零开始计数
- always @(posedge clk or negedge rst)
- begin
- if(!rst)
- cnt <= 18'h0;
- else if(key_edge)
- cnt <= 18'h0;
- else
- cnt <= cnt + 1'h1;
- end
-
- reg [N-1:0] key_sec_pre; //延时后检测电平寄存器变量
- reg [N-1:0] key_sec;
-
-
- //延时后检测key,如果按键状态变低产生一个时钟的高脉冲。如果按键状态是高的话说明按键无效
- always @(posedge clk or negedge rst)
- begin
- if (!rst)
- key_sec <= {N{1'b1}};
- else if (cnt==18'h3ffff)
- key_sec <= key;
- end
- always @(posedge clk or negedge rst)
- begin
- if (!rst)
- key_sec_pre <= {N{1'b1}};
- else
- key_sec_pre <= key_sec;
- end
- assign key_pulse = key_sec_pre & (~key_sec);
-
- endmodule

- //分频
- module divide ( clk,rst_n,clkout);
-
- input clk,rst_n; //输入信号,其中clk连接到FPGA的C1脚,频率为12MHz
- output clkout; //输出信号,可以连接到LED观察分频的时钟
-
- //parameter是verilog里常数语句
- parameter WIDTH = 24; //计数器的位数,计数的最大值为 2**WIDTH-1
- parameter N = 12_000_000; //分频系数,请确保 N < 2**WIDTH-1,否则计数会溢出
-
- reg [WIDTH-1:0] cnt_p,cnt_n; //cnt_p为上升沿触发时的计数器,cnt_n为下降沿触发时的计数器
- reg clk_p,clk_n; //clk_p为上升沿触发时分频时钟,clk_n为下降沿触发时分频时钟
-
- //上升沿触发时计数器的控制
- always @ (posedge clk or negedge rst_n ) //posedge和negedge是verilog表示信号上升沿和下降沿
- //当clk上升沿来临或者rst_n变低的时候执行一次always里的语句
- begin
- if(!rst_n)
- cnt_p<=0;
- else if (cnt_p==(N-1))
- cnt_p<=0;
- else cnt_p<=cnt_p+1; //计数器一直计数,当计数到N-1的时候清零,这是一个模N的计数器
- end
-
- //上升沿触发的分频时钟输出,如果N为奇数得到的时钟占空比不是50%;如果N为偶数得到的时钟占空比为50%
- always @ (posedge clk or negedge rst_n)
- begin
- if(!rst_n)
- clk_p<=0;
- else if (cnt_p<(N>>1)) //N>>1表示右移一位,相当于除以2去掉余数
- clk_p<=0;
- else
- clk_p<=1; //得到的分频时钟正周期比负周期多一个clk时钟
- end
-
- //下降沿触发时计数器的控制
- always @ (negedge clk or negedge rst_n)
- begin
- if(!rst_n)
- cnt_n<=0;
- else if (cnt_n==(N-1))
- cnt_n<=0;
- else cnt_n<=cnt_n+1;
- end
-
- //下降沿触发的分频时钟输出,和clk_p相差半个时钟
- always @ (negedge clk)
- begin
- if(!rst_n)
- clk_n<=0;
- else if (cnt_n<(N>>1))
- clk_n<=0;
- else
- clk_n<=1; //得到的分频时钟正周期比负周期多一个clk时钟
- end
-
- assign clkout = (N==1)?clk:(N[0])?(clk_p&clk_n):clk_p; //条件判断表达式
- //当N=1时,直接输出clk
- //当N为偶数也就是N的最低位为0,N(0)=0,输出clk_p
- //当N为奇数也就是N最低位为1,N(0)=1,输出clk_p&clk_n。正周期多所以是相与
- endmodule

将上述两个代码文件准备好就可以开始编写我们的主体程序了。
既然是数字时钟,首先我们应当通过分频器产生1s中的信号,代码中的clk1h是我用分频器产生的1Hz信号。每经过1Hz的上升沿秒钟进一位,在秒钟个位为9且十位不为5时,下一次进位个位要变为0,十位要加1,若是59秒时则应当都置零。同时,分钟的计时和时钟的计时实现思路与秒钟计时类似,但需要额外进行判断,比如说分钟进位要在秒钟均为0时才产生进位,时钟进位要在分钟秒钟全为0时才进位。
时钟和分钟的敏感信号为clk,这是小脚丫自带的时钟信号12MHz。由于clk频率极高,在1s中内能够触发分钟和时钟计时模块多次,为实现分钟和时钟在进位时仅进位一次,我额外增加了两个判断位,分别为pan(分钟)和pan1(时钟)。在pan和pan1为0时才能分别触发分钟和时钟进位,并且触发一次进位后pan或pan1置1,直到秒钟或者分钟不全为0时pan或pan1才会重新置0。
具体代码如下
- //60秒计时控制
- always @ (posedge clk1h ) begin
- if(cnt_shi==5 && cnt_ge==9) begin
- cnt_shi <= 0;
- cnt_ge <= 0;
- end
- else if(cnt_shi==0 && cnt_ge==0) begin
- cnt_shi <= 0;
- cnt_ge <= 1;
- end
- else if(cnt_ge==9)begin
- cnt_ge <= 0;
- cnt_shi <= cnt_shi+1;
- end
- else
- cnt_ge <= cnt_ge +1;
- end
- //60分计时控制
- always @ (posedge clk)begin
- if((cnt_ge==0)&&(cnt_shi==0)&&(pan==0))begin
- pan<=1;
- if(minute_shi==5 && minute_ge==9) begin
- minute_shi <= 0;
- minute_ge <= 0;
- end
- else if(minute_ge==9)begin
- minute_ge <= 4'd0;
- minute_shi <= minute_shi+1;
- end
- else
- minute_ge <= minute_ge +1;
- end
- else
- if((cnt_ge!=0) || (cnt_shi!=0))begin
- pan<=0;
- end
- //24小时计时与加减法模块
- always @ (posedge clk ) begin
- if ((minute_ge==0)&&(minute_shi==0)&&(pan1==0)&&(cnt_shi==0)&&(cnt_ge==0)) begin
- pan1<=1;
- if(hour_shi==2 && hour_ge==3) begin
- hour_shi <= 0;
- hour_ge <= 0;
- end
- else if(hour_ge==9)begin
- hour_ge <= 4'd0;
- hour_shi <= hour_shi+1;
- end
- else
- hour_ge <= hour_ge +1;
- end
- else
- if((minute_ge!=0) || (minute_shi!=0))begin
- pan1<=0;
- end

至此,我们已经基本实现了数字时钟的运行,但还需要将时钟信息显示在数码管上。
我将按键触发的信号位记作change和change2。当change2为高电平且change为低电平时,数码管显示分钟;当change2为高电平且change为高电平时,数码管显示时钟;而当change2为低电平时,不论change电平,均显示秒钟。
- //数码管显示数字
- seg[0] = 7'h3f; // 0
- seg[1] = 7'h06; // 1
- seg[2] = 7'h5b; // 2
- seg[3] = 7'h4f; // 3
- seg[4] = 7'h66; // 4
- seg[5] = 7'h6d; // 5
- seg[6] = 7'h7d; // 6
- seg[7] = 7'h07; // 7
- seg[8] = 7'h7f; // 8
- seg[9] = 7'h6f; // 9
-
- //选择显示
- always @ (posedge clk)begin
- if((change==0)&&(change2==1))begin
- seg_led_1<= seg[hour_ge];
- seg_led_2<= seg[hour_shi];
- end
- else if((change==1)&&(change2==1))
- begin
- seg_led_1<= seg[minute_ge];
- seg_led_2<= seg[minute_shi];
- end
- else if(change2==0)begin
- seg_led_1<= seg[cnt_ge];
- seg_led_2<= seg[cnt_shi];
- end
- end

所有基础功能都已经实现,现在还需要进阶,也就是调时和整点报时的实现。
我们先讲调时的实现
我在实现加减法的时候均用了两个计数器add、add1和jian、jian1。
add和jian分别为按键按下次数的计数器,而add1和jian1则分别为add和jian的匹配计数器。
当add1不等于add时,将时钟进一位,并且add1+1;当jian1不等于jian时,将时钟退一位,再将jian1+1,便可以实现调时的功能。
我在写代码的时候是将调时模块整合在计时模块中的,时钟调时与分钟调时的原理是相同的。
- if((add1!=add)&&(change==1)) begin
- add1<=add1+1;
- if(minute_shi==5 && minute_ge==9) begin
- minute_shi <= 0;
- minute_ge <= 0;
- end
- else if(minute_ge==9)begin
- minute_ge <= 4'd0;
- minute_shi <= minute_shi+1;
- end
- else
- minute_ge <= minute_ge +1;
- end
- if((jian1!=jian)&&(change==1))begin
- jian1<=jian1+1;
- if(minute_shi==0 && minute_ge==0)begin
- minute_ge<=9;
- minute_shi<=5;
- end
- else if(minute_ge==0)begin
- minute_ge<=9;
- minute_shi<=minute_shi-1;
- end
- else
- minute_ge<=minute_ge-1;
- end

最后便是整点报时的实现
整点报时需要让灯光按照1Hz的频率闪烁,那么我们便可以用一个2Hz的时钟信号作为敏感信号来触发灯光闪烁。
首先只有在秒钟分钟均为0时才算作整点,在这个条件下我又用到了两个计数器cnt、cnt1与加减法的计数器功能一致,cnt1为当前整点数的两倍(因为一亮一灭需要灯光反转两次),cnt为匹配计数器,当cnt不等于cnt1时灯光反转一次,并且cnt+1。具体代码实现如下。
- //整点报时
- always @(posedge clk0)begin
- led=~led;
- if((minute_shi==0)&&(minute_ge==0)&&(cnt_shi==0)&&(cnt_ge==0))begin
- cnt1=2*(10*hour_shi+hour_ge);
- end
- if(cnt!=cnt1)begin
- rgb=~rgb;
- cnt<=cnt+1;
- end
- else if(cnt==cnt1)begin
- cnt<=0;
- cnt1<=0;
- end
- end
以上就是整个数字时钟的设计,最后附上数字时钟的全部代码(记得把文首的debounce和devide两个代码也装上,不然数字时钟代码无法成功编译)
- module counter
- (
- clk , //时钟
- rst , //复位
- plus , //加法为
- cut , //减法位
- change , //显示转化按键1
- change2 , //显示转化按键2
- seg_led_1 , //数码管1
- seg_led_2 , //数码管2
- rgb , //rgb灯光
- led //led
- );
-
- input clk,rst;
- input change;
- input change2;
- input plus,cut;
- output reg [8:0] seg_led_1,seg_led_2;
- output reg [7:0] led;
- output reg [5:0] rgb;
- wire clk0; //0.5秒时钟
- wire clk1h; //1秒钟时钟
- wire change_pulse; //转换按键消抖后信号
- wire plus_pulse; //加法按键消抖后信号
- wire cut_pulse; //减法按键消抖后信号
- reg change_flag; //转换按键标志位
- reg plus_flag; //加法按键标志位
- reg cut_flag; //减法按键标志位
- reg pan; //判断分钟进位
- reg pan1; //判断时钟进位
- reg add; //分钟加法按键按下计数
- reg add1; //分钟加法按键匹配计数
- reg add10; //时钟加法按键按下计数
- reg add11; //时钟加法按键匹配计数
- reg jian10; //时钟减法按键按下计数
- reg jian11; //时钟减法按键匹配计数
- reg jian; //分钟减法按键按下计数
- reg jian1; //分钟减法按键匹配计数
- reg [5:0] cnt=0; //记录当前小时数
- reg [5:0] cnt1=0; //小时匹配数
- reg [6:0] seg [9:0]; //数码管
- reg [3:0] cnt_ge; //秒钟个位
- reg [3:0] cnt_shi; //秒钟十位
- reg [3:0] minute_ge; //分钟个位
- reg [3:0] minute_shi; //分钟十位
- reg [3:0] hour_ge; //小时个位
- reg [3:0] hour_shi; //小时十位
- initial
- begin
- seg[0] = 7'h3f; // 0
- seg[1] = 7'h06; // 1
- seg[2] = 7'h5b; // 2
- seg[3] = 7'h4f; // 3
- seg[4] = 7'h66; // 4
- seg[5] = 7'h6d; // 5
- seg[6] = 7'h7d; // 6
- seg[7] = 7'h07; // 7
- seg[8] = 7'h7f; // 8
- seg[9] = 7'h6f; // 9
-
- end
-
-
-
- // 启动/暂停按键进行消抖
- debounce U2 (
- .clk(clk),
- .rst(rst),
- .key(change),
- .key_pulse(change_pulse)
- );
- debounce U6 (
- .clk(clk),
- .rst(rst),
- .key(plus),
- .key_pulse(plus_pulse)
- );
- debounce U7 (
- .clk(clk),
- .rst(rst),
- .key(cut),
- .key_pulse(cut_pulse)
- );
- // 用于分出一个1Hz的频率
- divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) U1 (
- .clk(clk),
- .rst_n(rst),
- .clkout(clk1h)
- );
- // 用于分出一个2Hz的频率
- divide #(.WIDTH(32),.N(6000000)) U5 (
- .clk(clk),
- .rst_n(rst),
- .clkout(clk0)
- );
- //按键动作标志信号产生
- always @ (posedge change_pulse)begin
- if(!rst==1)
- change_flag <= 0;
- else
- change_flag <= ~change_flag;
- end
- always @ (posedge plus_pulse)begin
- if(!rst==1)
- plus_flag <= 0;
- else
- plus_flag <= ~plus_flag;
- if(change==1)begin
- add<=add+1;
- end
- else if(change==0)begin
- add10<=add10+1;
- end
- end
- always @ (posedge cut_pulse)begin
- if(!rst==1)
- cut_flag <= 0;
- else
- cut_flag <= ~cut_flag;
- if(change==1)begin
- jian<=jian+1;
- end
- else if(change==0)begin
- jian10<=jian10+1;
- end
- end
- //60秒计时控制
- always @ (posedge clk1h ) begin
- if(cnt_shi==5 && cnt_ge==9) begin
- cnt_shi <= 0;
- cnt_ge <= 0;
- end
- else if(cnt_shi==0 && cnt_ge==0) begin
- cnt_shi <= 0;
- cnt_ge <= 1;
- end
- else if(cnt_ge==9)begin
- cnt_ge <= 0;
- cnt_shi <= cnt_shi+1;
- end
- else
- cnt_ge <= cnt_ge +1;
- end
- //60分钟计时与加减法模块
- always @ (posedge clk)begin
- if((cnt_ge==0)&&(cnt_shi==0)&&(pan==0))begin
- pan<=1;
- if(minute_shi==5 && minute_ge==9) begin
- minute_shi <= 0;
- minute_ge <= 0;
- end
- else if(minute_ge==9)begin
- minute_ge <= 4'd0;
- minute_shi <= minute_shi+1;
- end
- else
- minute_ge <= minute_ge +1;
- end
- else
- if((cnt_ge!=0) || (cnt_shi!=0))begin
- pan<=0;
- end
- if((add1!=add)&&(change==1)) begin
- add1<=add1+1;
- if(minute_shi==5 && minute_ge==9) begin
- minute_shi <= 0;
- minute_ge <= 0;
- end
- else if(minute_ge==9)begin
- minute_ge <= 4'd0;
- minute_shi <= minute_shi+1;
- end
- else
- minute_ge <= minute_ge +1;
- end
- if((jian1!=jian)&&(change==1))begin
- jian1<=jian1+1;
- if(minute_shi==0 && minute_ge==0)begin
- minute_ge<=9;
- minute_shi<=5;
- end
- else if(minute_ge==0)begin
- minute_ge<=9;
- minute_shi<=minute_shi-1;
- end
- else
- minute_ge<=minute_ge-1;
- end
- end
- //24小时计时与加减法模块
- always @ (posedge clk ) begin
- if ((minute_ge==0)&&(minute_shi==0)&&(pan1==0)&&(cnt_shi==0)&&(cnt_ge==0)) begin
- pan1<=1;
- if(hour_shi==2 && hour_ge==3) begin
- hour_shi <= 0;
- hour_ge <= 0;
- end
- else if(hour_ge==9)begin
- hour_ge <= 4'd0;
- hour_shi <= hour_shi+1;
- end
- else
- hour_ge <= hour_ge +1;
- end
- else
- if((minute_ge!=0) || (minute_shi!=0))begin
- pan1<=0;
- end
- if((add11!=add10)&&(change==0))begin
- add11<=add11+1;
- if(hour_shi==2 && hour_ge==3) begin
- hour_shi <= 0;
- hour_ge <= 0;
- end
- else if(hour_ge==9)begin
- hour_ge <= 4'd0;
- hour_shi <= hour_shi+1;
- end
- else
- hour_ge <= hour_ge +1;
- end
- if((jian11!=jian10)&&(change==0))begin
- jian11<=jian11+1;
- if(hour_shi==0 && hour_ge==0)begin
- hour_ge<=3;
- hour_shi<=2;
- end
- else if(hour_ge==0)begin
- hour_ge<=9;
- hour_shi<=hour_shi-1;
- end
- else
- hour_ge<=hour_ge-1;
- end
- end
- //选择显示
- always @ (posedge clk)begin
- if((change==0)&&(change2==1))begin
- seg_led_1<= seg[hour_ge];
- seg_led_2<= seg[hour_shi];
- end
- else if((change==1)&&(change2==1))
- begin
- seg_led_1<= seg[minute_ge];
- seg_led_2<= seg[minute_shi];
- end
- else if(change2==0)begin
- seg_led_1<= seg[cnt_ge];
- seg_led_2<= seg[cnt_shi];
- end
- end
- //整点报时
- always @(posedge clk0)begin
- led=~led;
- if((minute_shi==0)&&(minute_ge==0)&&(cnt_shi==0)&&(cnt_ge==0))begin
- cnt1=2*(10*hour_shi+hour_ge);
- end
- if(cnt!=cnt1)begin
- rgb=~rgb;
- cnt<=cnt+1;
- end
- else if(cnt==cnt1)begin
- cnt<=0;
- cnt1<=0;
- end
- end
-
- endmodule

管脚分配如下


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