基于cpld的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)

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1、CPLD課程學(xué)習(xí)報(bào)告學(xué)生姓名：熊軍同組者姓名：黃輝CPLD的全稱是ComplexProgrammableLogicDevice（即復(fù)雜可編程器件），但本次試驗(yàn)所使用的器件并不是CPLD而是FPGA，F(xiàn)PGA的全稱是FieldProgrammableGateArray（即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）。FPGA與CPLD有很多相似點(diǎn)，它們都是可編程數(shù)字邏輯器件，都在時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路中有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。它們的區(qū)別在于，F(xiàn)PGA的容量大、速度慢且不可預(yù)測(cè)、掉電信息丟失，二CPLD容量小、速度快且有很好的可預(yù)測(cè)性、掉電信息不丟失。CAD的全稱是ComputerAidedDesign（即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）。本實(shí)

2、驗(yàn)所用到的軟件是MAX+PLUSII，本次試驗(yàn)?zāi)康氖亲鲆粋€(gè)數(shù)字時(shí)鐘。該數(shù)字時(shí)鐘包含五個(gè)主模塊，它們分別是數(shù)字時(shí)鐘模塊、鬧鐘模塊、跑表模塊、模式選擇模塊和音樂模塊。。完成的功能如下：1、數(shù)字時(shí)鐘，時(shí)、分、秒六位數(shù)碼管顯示（標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間23點(diǎn)59分59秒），具有小時(shí)、分鐘加減調(diào)時(shí)調(diào)分的校準(zhǔn)功能，整點(diǎn)報(bào)時(shí)：55，56，57，58，59低音響，正點(diǎn)高音，間斷振鈴(嘟--嘟--嘟--嘟--嘟--嘀)；2,、定時(shí)鬧鐘，可在00:00到23:59之間由用戶設(shè)定任一時(shí)間，到時(shí)報(bào)警，定時(shí)鬧鐘花樣，前10s一般振鈴，其后13秒較急促，再其后17秒急促，最后20秒特急促振鈴。并可隨時(shí)關(guān)斷；3、跑表，最大計(jì)時(shí)99分59秒

3、999毫秒。獨(dú)立的跑表功能，不影響數(shù)字鐘正常工作。另外附加一段音樂，可隨時(shí)控制播放和停止，不影響其他任何功能，音樂的內(nèi)容是《兩只蝴蝶》。系統(tǒng)原理圖如下：系統(tǒng)共有九個(gè)輸入管腳，41個(gè)輸出管腳，輸出管腳中包括一個(gè)蜂鳴器，八個(gè)數(shù)碼管，八個(gè)LED發(fā)光二極管。圖中的D觸發(fā)器的作用是為了使跑表具有后臺(tái)功能。下面依次介紹這五個(gè)模塊。一、數(shù)字時(shí)鐘模塊數(shù)字時(shí)鐘模塊包含四個(gè)部分，它們分別是六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、分頻器和整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制器。它們的原理圖如下，程序見附錄。六十進(jìn)制計(jì)時(shí)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的思想一樣，都是利用時(shí)鐘沿計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值輸出，不同的是計(jì)數(shù)器模（即計(jì)數(shù)上限值）。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的模式60，

4、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的模是24。它們都包含clk、reset、en、sub、qh、ql、carry七組引腳，其中只有qh和ql的寬度是四位，其它全為一位。clk是時(shí)鐘輸入端，上升沿有效；reset是異步復(fù)位端，高電平有效；en是使能端，低電平有效，高電平計(jì)數(shù)保持；sub是減計(jì)數(shù)，高電平有效；qh、ql分別是計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，高電平有效；carry是進(jìn)位端，正脈沖有效。將兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器依次串聯(lián)起來，用1Hz的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，就組成了簡(jiǎn)單的數(shù)字時(shí)鐘。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)功能，將調(diào)時(shí)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)做異或運(yùn)算后的信號(hào)作時(shí)鐘信號(hào)。這里之所以使用與異或門，是因?yàn)闊o論調(diào)時(shí)信號(hào)的狀態(tài)如何，都不會(huì)

5、封鎖正常的時(shí)鐘線號(hào)，只是電平相反，時(shí)鐘超前或滯后半個(gè)時(shí)鐘周期，這是異或門的優(yōu)點(diǎn)。而與門和或門就不行，低電平封鎖與門，高電平封鎖或門。分頻器是將50MHz的時(shí)鐘信號(hào)分頻成clk1、clk2、clk3三種頻率的方波，它們的頻率分別是500Hz、1500Hz、1Hz。500Hz對(duì)應(yīng)的音調(diào)是嘟，1500Hz對(duì)應(yīng)的音調(diào)是嘀，1Hz的信號(hào)就作時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制器是在59分55、56、57、58、59秒從beep引腳送出clk1，整點(diǎn)時(shí)從beep引腳送出clk2。但是為了使每秒之間的響聲是間斷的，我們將clk1和clk2分別與clk3相與后再送入整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制器，從而使beep發(fā)出嘟-嘟-嘟-嘟-嘟-

6、嘀的聲音。一、鬧鐘模塊鬧鐘模塊包括五個(gè)部分，它們分別是分頻器，鈴聲控制器，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十四進(jìn)制計(jì)時(shí)器、比較選擇器。它的原理框圖如下，程序見附錄。分頻器和鈴聲控制器實(shí)現(xiàn)鬧鐘的鈴聲控制。分頻器將從clk送來的50MHz的時(shí)鐘信號(hào)分頻成1Hz的clk1、2Hz的clk2、3Hz的clk3、4Hz的clk4、1KHz的clkout。鈴聲控制器是在0~9s之間將clk1與clkout相與后輸出給speaker，10~22s之間將clk2與clkout相與后輸出給speaker，23~39s之間將clk3與clkout相與后輸出給speaker，40~59s之間將clk4與clkout相與后輸出給s

7、peaker。前10s一般振鈴，其后13秒較急促，再其后17秒急促，最后20秒特急促振鈴。這里的六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器就是利用上面的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的模塊和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的模塊，這里就不在贅述，但是在計(jì)數(shù)器外部有些不同，在鬧鐘模塊里面只有調(diào)時(shí)時(shí)鐘而沒有驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘。比較選擇器有四組引腳，它們分別是A、B、Y、s、k，其中只有s和k是一位寬度，其他都為四位。它的作用是，當(dāng)s為高電平時(shí)，Y等于A，當(dāng)s