畢業(yè)論文：基于cpld的多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電壓。 圖 電源電路 電源電路是由電源變壓器 T、橋堆、濾波電容 C1 C1 C1 C17 及集成三端穩(wěn)壓電路 7805 以及保險(xiǎn)絲 組成，其電路圖 如圖 所示。 電源的輸出為 +5V 輸出。 本系統(tǒng)采用 7805 穩(wěn)壓電路 下面介紹電原各部分參數(shù)的整定方法： 1 變壓器次極電壓估算（以便選取合適的變壓器）： 由于穩(wěn)壓管要正常工作時(shí)輸入端的電壓必需要比輸出端高 時(shí)才能使穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作。考慮到市網(wǎng)交流電壓的波動(dòng)情況，在市網(wǎng)電壓為 200V 時(shí)也能正常工作，則有220/200*Vac 要大于 ，所以 VAC 必需要大于 ，即交流變壓器的負(fù)邊輸出電壓應(yīng)該高于 ，在本設(shè)計(jì)中選取 9V。 2 變壓器輸入功率的計(jì)算： 1． 假設(shè)負(fù)載電流為 500ma，若輸出電壓為 5V，則有效功率為 5V*=。 2． 正常情況下變壓器輸出功率約為 9V**=,當(dāng)市網(wǎng)電壓升到 250V 時(shí)，變壓器的輸出功率為 *250/220=。 3． 小型電源變壓器的效率一般為 75%左右。因此電源變壓器的輸入功率為。 3 慮波電容參數(shù)的選取： 1． 假設(shè)負(fù)載電流為 500ma，若輸出電壓為 ，則等效負(fù)載電阻為 15Ω。 2． 電源頻率為 50HZ，則 T=0。 02S，根據(jù) CRL=（ 3~5） T/2，則 C=[（ 3~5）T/2]/RL=2020~3300uF。 在本設(shè)計(jì)中取 2200uF。 3. 電容耐壓應(yīng)大于 *Vac 即 Vc=*9*250/220=(其中 250/220 是考慮市網(wǎng)電源電壓過(guò)高時(shí)的情況。在本設(shè)計(jì)中電容耐壓值取 16V。 第 頁(yè) 11西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 說(shuō)明書 EPM7128SLC84 器件介紹 本次設(shè)計(jì)的核心器件采用 ALTERA公司的 CPLD可編程器件。 ALTERA公司的 MAX7000S系列 CPLD 有著較高的性價(jià)比。 MAX7000S 系列是基于 ALTERA 第二代 MAX 架構(gòu)的高密度、高性能的 PLD器件。 MAX7000 器件 包含 32~256 個(gè)可聯(lián)結(jié)成 16 個(gè)宏單元組的邏輯陣列塊的宏單元。 EPM7128SLC84是 MAX7000S家族成員之一，它有如下的特點(diǎn) :可用邏輯門個(gè)數(shù)為 2500門， 128 個(gè)宏單元， 8個(gè)邏輯陳列塊，最大用戶可用 I/O 口 100 個(gè)，支持 5V 在系統(tǒng)編程和符合 的 JTAG 下載接口，內(nèi)建邊界掃描測(cè)試電路，支持片上調(diào)試EPM7128SLC8415的封裝圖如圖 所示 圖 EPM7128SLC的 PLCC封裝 第 頁(yè) 12 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 說(shuō)明書 4 CPLD 編 程設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)輸入、輸出信號(hào)的定義： sysclk:系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，由外部有源晶振產(chǎn)生，頻率為 ； mode:外接按鍵，模式選擇信號(hào)， mode=0時(shí)為時(shí)鐘模式， mode=1時(shí)為設(shè)定鬧鐘模式， mode=2時(shí)為手動(dòng)設(shè)定時(shí)間模式； set:外接按鍵，用于在手動(dòng)設(shè)置時(shí)間時(shí)選擇是調(diào)整小時(shí)還是分鐘；若長(zhǎng)時(shí)間按住該鍵，還可以使秒信號(hào)清零，用于精確調(diào)整時(shí)間； change:外接按鍵，手動(dòng)調(diào)整時(shí)間，每按一次計(jì)數(shù)器加 1；若長(zhǎng)時(shí)間按住則連續(xù)快速加 1，用于快速調(diào)時(shí)和定時(shí)； alarm：接蜂鳴器，輸出到蜂鳴器的信號(hào)，用于產(chǎn)生鬧鈴音和報(bào)時(shí)音；鬧鈴音為持續(xù) 20S 的急促的“嘀嘀嘀”音，整點(diǎn)報(bào)時(shí)音為“嘀嘀嘀 嘟”四短一長(zhǎng)音； Dataout:輸出信號(hào)，輸出顯示時(shí)間的數(shù)碼管顯示的段碼。 `include `include `include `include `include `include `include `include module clock。 clk_generate clk_generate()。 //調(diào)用 時(shí)鐘節(jié)拍產(chǎn)生模塊 time_mode0 time_mode0()。 // 秒 、分、時(shí)計(jì)時(shí)與時(shí)間調(diào)整模塊 mode_select mode_select()。 //調(diào)用 模式選擇 功能模塊 fast_settime fast_settime()。 //調(diào)用 快速時(shí)間設(shè)置功能模塊 alarm_set alarm_set()。 //調(diào)用 鬧鈴時(shí)間設(shè)置模塊 alarm alarm()。 //調(diào)用 鬧鈴與整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊 decoder_7seg decoder_7seg()。 //調(diào)用 7 段譯碼模塊 display display()。 //調(diào)用顯示模塊 endmodule 第 頁(yè) 13 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 說(shuō)明書 時(shí)鐘節(jié)拍產(chǎn)生模塊 由于整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)晶體振蕩器，但是設(shè)計(jì)需要不同的時(shí)鐘信號(hào)，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)分頻進(jìn)程，對(duì)系的的有源晶振產(chǎn)生的 時(shí)鐘進(jìn)行分頻，產(chǎn) 生需要的時(shí)鐘節(jié)拍。在本設(shè)計(jì)中總共用到如下幾個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍： 1HZ 的時(shí)鐘 CLK， 4HZ 的時(shí)鐘 CLK_4hz,1kHZ的時(shí)鐘信號(hào) CLK_1K，和 50HZ 的時(shí)鐘 displayclk。 其中 CLK節(jié)拍用于產(chǎn)生秒計(jì)時(shí)信號(hào)，在每個(gè) CLK 的上升沿到來(lái)時(shí)秒計(jì)數(shù)器加 1。 CLK_4hz 節(jié)拍用于快速調(diào)整時(shí)間，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間按下 CHANG 按鍵時(shí)，當(dāng)前設(shè)置的時(shí)鐘快速增加。 CLK_1k 節(jié)拍用于鬧鈴音的產(chǎn)生，displayclk 時(shí)鐘節(jié)拍是頻率為 50HZ 的信號(hào)，由于本設(shè)計(jì)中顯示部分采用 LED 動(dòng)態(tài)顯示的方式，因此必需要有一個(gè)掃描信號(hào)對(duì) 6位的 LED的每 個(gè)位進(jìn)行輪流選通點(diǎn)亮。分頻進(jìn)程的原理是在 CPLD 內(nèi)部設(shè)置一個(gè)分頻計(jì)數(shù)器和一個(gè)觸發(fā)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到分頻值時(shí)觸發(fā)器進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，因此只要設(shè)置不同的分頻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就可以得到不同的時(shí)鐘節(jié)拍。在CPLD 內(nèi)部設(shè)置分頻計(jì)數(shù)器的缺點(diǎn)是， CPLD 的 觸發(fā)器資源有限，設(shè)置計(jì)數(shù)器對(duì)資源的占用比較大，因此盡量可能少用一些時(shí)鐘節(jié)拍，或者盡量使需要使用的時(shí)鐘節(jié)拍相同，還有一種方法是利用兩個(gè)已有的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算從面獲得想要的時(shí)鐘節(jié)拍。系統(tǒng)的分頻進(jìn)程如下： module clk_generate(reset,sysclk,clk,clk_4hz,clk_1k,displayclk)。 input sysclk,reset。 output clk,clk_4hz,clk_1k,displayclk。 reg clk,clk_4hz,clk_1k,displayclk。 reg [20:0]div_count1。 //分頻時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生周期為 1S 的時(shí)鐘信號(hào) reg [19:0]div_count2。 //分頻時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生頻率為 4hz 的時(shí)鐘信號(hào) reg [11:0]div_count3。 //分頻時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生頻率為 1Khz 的時(shí)鐘信號(hào) reg [14:0]divclk_t。 //分頻時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生 50HZ 的數(shù)碼管掃描信號(hào) displayclk always @(posedge sysclk) begin if (reset) div_count1=2139。d0000000。 if (div_count1==2139。d1024000) //1024000/2048000= begin clk=~clk。 //clk 為周期為 1S 的時(shí)鐘信號(hào) 第 頁(yè) 14 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 說(shuō)明書 div_count1=2139。d0000000。 end else begin div_count1=div_count1+139。b1。 end end always @(posedge sysclk) begin if (reset) div_count2=2039。d000000。 if (div_count2==2039。d256000) //512020/2048000= begin clk_4hz=~clk_4hz。 //clk_4hz 為 4hz 的時(shí)鐘信號(hào) div_count2=2039。d000000。 end else begin div_count2=div_count2+139。b1。 end end always @(posedge sysclk) begin ?? //產(chǎn)生周期為 50HZ 和 1KHZ 的時(shí)鐘節(jié)拍 end endmodule 第 頁(yè) 15 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 說(shuō)明書 功能模塊 本設(shè)計(jì)是多功能數(shù)字鐘，實(shí)現(xiàn)的功能是 以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間 ， 能進(jìn)行手動(dòng)快校時(shí)、快校分或慢校時(shí)、慢校分。該多功能電子共有 3種模式。分別為：模式0為正常時(shí)鐘模式，模式 1為設(shè)置鬧鈴功能，模式 2 為手動(dòng)校時(shí)功能。多功能電子鐘共有三個(gè)按鍵，一個(gè) MODE 模式選擇鍵，用于選擇相應(yīng)的模式，一個(gè) SET 時(shí)間選擇鍵，用于選擇當(dāng)前設(shè)定的是分鐘或者是小時(shí) ，一個(gè) CHANGE 鍵，用于給當(dāng)前值加 1，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間按住 CHANGE 時(shí)當(dāng)前值連續(xù)快速加 1，用于快速設(shè)定時(shí)間。 模式選擇進(jìn)程如下所示。 module mode_select( clk,mode,set,change,count1,counta,count2,countb,led_min,led_hour,m)。 input mode,set,change,clk。 output count1,counta,count2,countb,led_min,led_hour,m。 regbool,count1,counta,count2,countb。 reg [1:0]m。 reg led_min,led_hour。 always @(posedge mode) begin if (m==2) m=0。 else m=m+1。 end always @ (posedge set) bool=~bool。 always @ (posedge clk) begin case(m) 2: begin if (bool) begin //手動(dòng)設(shè)定分鐘 count1=change。 {led_min,led_hour}=239。b10。 end else begin //手動(dòng)設(shè)定小時(shí) 第 頁(yè) 16 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 說(shuō)明書 counta=change。 {led_min,led_hour}=239。b01。 end {count2,countb}=239。b00。