基于FPGA的简易数字时钟

来源：互联网发布：c语言string比较编辑：程序博客网时间：2024/04/29 18:17

基于FPGA的可显示数字时钟，设计思路为自底向上，包括三个子模块：时钟模块，进制转换模块，led显示模块。所用到的FPGA晶振频率为50Mhz，首先利用它得到1hz的时钟然后然后得到时钟模块，把时钟模块输出的时、分、秒输入到进制转换模块后得到十进制的值再输入到led显示模块，该工程已经在FPGA开发板上亲测可用。

下图为模块示意图（实际工程中并没有采用原理图的输入方法，这里仅作示意）。

下面分模块说明：

clk1：时钟模块，设计思路为首先根据50M晶振得到1hz的时钟，然后通过时分秒的关系得到时钟模块（具体见代码）。

输入 clk：系统时钟信号 50Mhz rst_n：低电平异步复位

输出 sec： 8bit位宽的秒位 min： 8bit位宽的分位 hour： 8bit位宽的时位

bin_dec1：进制转换模块，设计思路完全按照之前的博文《利用verilog将二进制码转换为十进制BCD码》，代码稍作修改，去掉两个用不到的输出。

输入 clk：系统时钟信号 50Mhz rst_n：低电平异步复位 bin： 8bit位宽的输入待转换二进制数

输出 one：十进制数的个位 ten：十进制数的十位 hun：十进制数的百位，这里用不到所以空置了。

led：数码管显示模块，八段数码管在一定频率下切换赋值，每一个时钟对一个数码管单独赋值并显示，切换频率大于一定值后，看起来像8位数码管同时显示（具体设计见代码）。

输入 clk： 系统时钟信号50Mhz

sec0，sec1，min0，min1，hour0，hour1： 4bit位宽的值，分代表时钟秒、分、时的个位和十位。

输出 sel： 8bit 数码管位选信号

data：8bit数码管译码显示的值

下面给出code：

clk1：

module clock1(sec,min,hour,clk,rst_n
);
input clk,rst_n;
output [7:0] sec,min;
output [7:0] hour;
reg [7:0] sec=0;
reg [7:0] min=0;
reg [7:0] hour=0;
reg clk_div;
reg [32:0] cnt;

//////////////////////////////////////// 分频部分 50MHz - 1Hz
always @ ( posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt <= 0;
clk_div <= 0;
end
else begin
if ( cnt < 25000000 - 1 )
begin
clk_div <= 0;
cnt <= cnt + 1;
end
else if ( cnt < 50000000 - 1 )
begin
clk_div <= 1;
cnt <= cnt + 1 ;
end
else
cnt <=0 ;
end
end
///////////////////////////////////////// 时钟部分
always @ ( posedge clk_div or negedge rst_n )
begin
if(!rst_n)
sec <= 0;
else begin
if ( sec == 59 )
sec <= 0 ;
else
sec <= sec + 1 ;
end
end
always @ ( posedge clk_div or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
min <= 0;
else begin
if ( sec == 59 )
begin
if (min ==59 )
min <= 0;
else
min <= min + 1 ;
end
end
end

always @ ( posedge clk_div or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
hour <= 0;
else begin
if ( sec == 59 && min ==59 )
begin
if (hour == 23)
hour <= 0 ;
else
hour <= hour + 1;
end
end
end

endmodule

bin_dec1
module bin_dec1(clk,bin,rst_n,one,ten,hun
);
input [7:0] bin;
input clk,rst_n;
output [3:0] one,ten;
output [1:0] hun;
reg [3:0] one,ten;
reg [1:0] hun;
reg [3:0] count;
reg [17:0]shift_reg=18'b000000000000000000;
////////////////////// 计数部分 ////////////////////////
always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
begin
if( !rst_n )
count<=0;
else if (count==9)
count<=0;
else
count<=count+1;
end
////////////////////// 二进制转换为十进制 /////////////////
always @ (posedge clk or negedge rst_n )
begin
if (!rst_n)
shift_reg=0;
else if (count==0)
shift_reg={10'b0000000000,bin};
else if ( count<=8) //实现8次移位操作
begin
if(shift_reg[11:8]>=5) //判断个位是否>5，如果是则+3
begin
if(shift_reg[15:12]>=5) //判断十位是否>5，如果是则+3
begin
shift_reg[15:12]=shift_reg[15:12]+2'b11;
shift_reg[11:8]=shift_reg[11:8]+2'b11;
shift_reg=shift_reg<<1; //对个位和十位操作结束后，整体左移
end
else
begin
shift_reg[15:12]=shift_reg[15:12];
shift_reg[11:8]=shift_reg[11:8]+2'b11;
shift_reg=shift_reg<<1;
end
end

else
begin
if(shift_reg[15:12]>=5)
begin
shift_reg[15:12]=shift_reg[15:12]+2'b11;
shift_reg[11:8]=shift_reg[11:8];
shift_reg=shift_reg<<1;
end
else
begin
shift_reg[15:12]=shift_reg[15:12];
shift_reg[11:8]=shift_reg[11:8];
shift_reg=shift_reg<<1;
end
end

end
end
/////////////////输出赋值//////////////////////////
always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
begin
if ( !rst_n )
begin
one<=0;
ten<=0;
hun<=0;
end
endmodule

led：

module led(clk,sec0,sec1,min0,min1,hour0,hour1,sel,data
);
input clk;
input [3:0] sec0,sec1,min0,min1,hour0,hour1;
output reg [7:0] data;
output reg [7:0] sel;
reg [3:0] data_dis=0;
reg [20:0] m=0;

always @ ( posedge clk )
begin
m<=m+1;
end

always@( posedge clk)
begin
case(m[16:14])
0: begin
data_dis<=4'b0000;
sel<=8'b1111_1110;
end
1: begin
data_dis<=4'b0000;
sel<=8'b1111_1101;
end
2: begin
data_dis<=hour1;
sel<=8'b1111_1011;
end
3: begin
data_dis<=hour0;
sel<=8'b1111_0111;
end
4: begin
data_dis<=min1;
sel<=8'b1110_1111;
end
5: begin
data_dis<=min0;
sel<=8'b1101_1111;
end
6: begin
data_dis<=sec1;
sel<=8'b1011_1111;
end
7: begin
data_dis<=sec0;
sel<=8'b0111_1111;
end
default:begin
data<=8'bz;
sel<=8'bz;
end
endcase

end

always @(data_dis)
begin
case(data_dis)//七段译码
4'h0:data = 8'hc0;//显示0
4'h1:data = 8'hf9;//显示1
4'h2:data = 8'ha4;//显示2
4'h3:data = 8'hb0;//显示3
4'h4:data = 8'h99;//显示4
4'h5:data = 8'h92;//显示5
4'h6:data = 8'h82;//显示6
4'h7:data = 8'hf8;//显示7
4'h8:data = 8'h80;//显示8
4'h9:data = 8'h90;//显示9
default data = 8'hxx;
endcase
end

endmodule

顶层例化模块：

top

module top(clk,rst_n,sel,data
);
input clk,rst_n;
output [7:0] sel,data;
wire [7:0] sec,min,hour;
wire [3:0] one1,ten1,one2,ten2,one3,ten3;

clock1 clock(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.sec(sec),
.min(min),
.hour(hour)
);

bin_dec1 bin_dec1(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.bin(sec),
.one(one1),
.ten(ten1)
);

bin_dec1 bin_dec2(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.bin(min),
.one(one2),
.ten(ten2)
);

bin_dec1 bin_dec3(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.bin(hour),
.one(one3),
.ten(ten3)
);

led led(
.clk(clk),
.sec0(one1),
.sec1(ten1),
.min0(one2),
.min1(ten2),
.hour0(one3),
.hour1(ten3),
.sel(sel),
.data(data)
);

endmodule

1 0