桂林电子科技大学信息科技学院
《EDA技术及应用》实训报告
学 号 1252100301
姓 名
指导教师：覃琴
2014年 4 月 29 日
实训题目：数字日历电路
1 系统设计
1.1 设计要求
1.1.1 设计任务
（1）用Verilog HDL语言设计出能够在EDA实训仪的I/O设备和PLD芯片实现的数字日历。
（2）数字日历能够显示年、月、日、时、分和秒。
（3）用EDA实训仪上的8只八段数码管分两屏分别显示年、月、日和时、分、秒，即在一定时间段内显示年、月、日（如20140101），然后在另一时间段内显示时、分、秒（如010101099），两个时间段能自动倒换。
（4）数字日历具有复位和校准年、月、日、时、分、秒的按钮，但校年和校时同用一个按钮，即在显示年、月、日时用此按钮校年，在显示时、分、秒时则用此按钮校时。
（5）体现创新部分
1.1.2 性能指标要求
1）数字电路能够在一定的时间内显示切换的功能，并且能手动校准年月日和时分秒
2）具有复位和进位的功能
3）能起到提示的作用，如闹钟或亮彩灯等。
1.2 设计思路及设计框图
1.2.1设计思路
如图1.2.2所示
1） EDA实训箱上的功能有限，可以用到的有8支数码管和12个lED灯。年、月、日和时、分、秒可以通过数码管显示，年月日和时分秒的切换可以通过拨动开关控制，校正可以通过按键实现。
2）输入的秒脉冲由DEA实训仪上的20MHZ晶振经过分频得到，秒脉冲经过60分频后产生1分钟脉冲信号，在经过60分频后产生1小时的脉冲信号，最后进行24分频，得到1天的脉冲送24进制的 cout输出。在将两个60分频和一个24分频的输出送到送到数码管的译码器输入端，得到24小时的计时显示结果。由此得到数字日历的计时器模块。
1.2.2设计框图
cout cout
秒脉冲
图1.2.2数字钟的原理框图
2 各个模块程序的设计
2.1图1 1HZ秒脉冲的分频模块元件符号
2.1输入的秒脉冲由EDA实训仪上的20MHZ晶振经过分频得到,设计一个输出频率为1HZ的秒脉冲。图1是1HZ秒脉冲的分频模块元件符号
图1 1HZ秒脉冲的分频模块元件符号
2.2 图2是cnt24与cnt60模块设计的元件符号
图2 cnt24与cnt60模块的元件符号
2.3 图3是计时器设计原理图
clk秒时钟输入端，clrn清除输入端，低电平有效；jm、jf 、js分别是校秒、校分和校时的输入端，下降沿有效；qm[7..0]、qf[7..0]和qs[7..0]分别是秒、分、和时的输出端；cout是“天”脉冲输出端。
2.4数字日历电路的设计
数字电路原理图包括包括计时器模块（jsq）、年月日模块（nyr2014）、控制模块（cour）、校时选择模块（xs_6）、显示选择模块（mux_16）和流水灯（LED）提示模块。图4是数字日历设计的原理图。
图4是数字日历设计的原理图
2.5控制模块的设计
图5是控制模块的元件符号
图5 控制模块的元件符号
clk是1s时钟输入端;k1和k2是控制输入端，k是控制输出端。k1k2=00或11时是自动显示模块，控制数码器用8s钟时间显示年月日8s显示时分秒，k1k2=01时仅控制显示时分秒，同时用j1、j2、j3校秒、校分和校时，k1k2=10时，仅显示年、月、日，同时用j1、j2、j3校年、校月和校日。
2.6校时选择模块的设计
校时选择模块的元件符号如图6所示。k是控制输入端，k=0是,控制将校时按钮j1、j2和j3的信号分别分别送到计时器模块的jm、jf、js,k=1时校时按钮j1、j2、j3的信号分别送到年月日模块的jr、jy、jn。
图6 校时选择模块的元件符号
2.7显示选择模块
图7是显示选择模块的元件符号。k是控制输入端，K=0时，控制将计时器模块送来的qm[7..0]、qf[7..0]、和qs[7..0]状态信号送到数码管显示。k=1时将年月日送来的qr[7..0]、qy[7..0]、qn[7..0]状态信号送到数码管显示。
图7 显示选择模块的元件符号
2.8流水灯提示模块的设计
图8是流水灯提示模块的元件符号。clk是一秒钟输入端，K是控制输入端，qy[7..0]（月）、qr[7..0]（日）是状态信号送到数码管显示。qo[11..0]是输出的流水灯
图8 流水灯提示模块的元件符号
3 调试过程
当数字日历得所有模块编译成功后我首次下载到实训箱上时，它并不能实现进位的功能，经调整。数字日历的各基本功能通实现后，在其基础上新增了彩灯控制模块。经过逐条编写和更正。程序最终通过编译并能顺利下载到实训箱上进行验证。
4 功能测试
4.1 测试仪器与设备
EDA实训箱
4.2 性能指标测试
当所设定的生日到时流水灯能顺利的实现该提示功能，不过自动显示模块还是没能很准确的进行累加，该功能的延时时间超出了设计的时间。
5 实训心得体会
从陌生到熟悉，我基本上的摸清了QuartusII9.0的用法。并逐渐掌握了verilog HDL语言的规则。并能编写简单的程序。经过查找资料和各个老师的耐心指导。我完成了数字日历电路的设计。不仅添加了创新部分，还在EDA实训仪上成功实现了它的彩灯旋转功能。并用一个拨动开关来控制灯的亮灭。记得刚开始拿到实训课题时，我那一脸的茫然，不知从哪儿入手。来回跑了图书馆好几趟，最后跟着舍友起步。从编写代码开始，经编译后逐个查找错误并纠正。几番波折，最终完成了数字日历的设计和添加了创新功能。
通过此次EDA实训我熟练的掌握了QuartusII9.0软件，并能通过波形仿真更加透彻的掌握了程序与该设计。从编程到生成元器件再到波形仿真和成功下载，给我的最大体会是一步一个脚印，付出总会有回报的。
6 参考文献
【1】EDA技术与应用 江国强
【2】EDA技术与verilog设计 王金明 冷自强
附录
附录1：仿真波形图（部分模块）
cnt24模块仿真波形图
nyr模块仿真波形图
附录2:程序清单
2.1 分频器模块
module s_1 ( clk,cout);
input clk;
reg [24:0] q;
output reg cout;
always @(posedge clk)
begin
if (q==20000000-1) q=0; //1s
else q=q+1;
if(q<=10000000-1) cout=1; //0.5s
else cout=0;
end
Endmodule
2.2 cnt24计数器源程序
module cnt24(clk,clrn,j,q,cout); //clk秒时钟输入端，clrn清除输入端，cout“天”脉冲输出端
input clk,clrn,j; //j校时输入端，
output reg [7:0] q;
output reg cout;
always @ (posedge clk^j or negedge clrn) //j与时钟输入端clk异或就可以达到校时的作用
begin
if (~clrn) q=0; //低电平有效
else begin
if (q=='h23) q=0;
else q=q+1;
if (q[3:0]=='ha) begin
q[3:0]=0; q[7:4]=q[7:4]+1; end
if (q=='h23) cout=1;
else cout=0;end
end
endmodule
2.3 cnt60计数器源程序
module cnt60(clk,clrn,j,q,cout);
input clk,clrn,j;
output reg [7:0] q;
output reg cout;
always @ (posedge clk^j or negedge clrn)
begin
if (~clrn) q=0;
else begin
if (q=='h59) q=0;
else q=q+1;
if (q[3:0]=='ha) begin
q[3:0]=0; q[7:4]=q[7:4]+1; end
if (q=='h59) cout=1;
else cout=0;end
end
endmodule
2.4 年月日模块
module nyr2014(clrn,clk,jn,jy,jr,qn,qy,qr);
input clrn,clk,jn,jy,jr;
output [15:0] qn;
output [7:0]qy,qr;
reg [15:0] qn;
reg[7:0] qy,qr;
reg clkn,clky;
reg[7:0] date;
reg clkn1, clkn2 , clkn3;
initial begin clkn1=1; clkn2=2 ; clkn3=1;end
initial begin qn='h2000;qy=1;qr=1;end
always @ (posedge (clk^jr) or negedge clrn)
begin
if (~clrn) qr=1;
else begin
if (qr==date) qr=1;
else qr=qr+1;
if (qr[3:0]=='ha) begin
qr[3:0]=0; qr[7:4]=qr[7:4]+1; end
if (qr==date) clky=1;
else clky=0;end
end
always @ (posedge clky^jy or negedge clrn)
begin
if (~clrn) qy=1;
else begin
if (qy=='h12) qy=1;
else qy=qy+1;
if (qy[3:0]=='ha) begin
qy[3:0]=0; qy[7:4]=qy[7:4]+1; end
if (qy=='h12) clkn=1;
else clkn=0;end
end
always
begin
case(qy)
'h01: date='h31;
'h02: begin
if ((qn/4==0)&(qn/100!=0)|(qn/400==0)) date='h29;
else date='h28;end
'h03: date='h31;
'h04: date='h30;
'h05: date='h31;
'h06: date='h30;
'h07: date='h31;
'h08: date='h31;
'h09: date='h30;
'h10: date='h31;
'h11: date='h30;
'h12: date='h31;
default :date='h30;
endcase
end
always @ (posedge (clkn^jn) or negedge clrn)
begin
if (~clrn) qn[3:0]=0;
else begin if (qn[3:0]==9) qn[3:0]=0;
else qn[3:0]= qn[3:0]+1;
if (qn[3:0]==9) clkn1=0;
else clkn1=1;end
end
always @ (posedge clkn1 or negedge clrn)
begin
if (~clrn) qn[7:4]=0;
else begin if (qn[7:4]==9) qn[7:4]=0;
else qn[7:4]=qn[7:4]+1;
if (qn[7:4]==9) clkn2=0;
else clkn2=1;end
end
always @ (posedge clkn2 or negedge clrn)
begin
if (~clrn) qn[11:8]=0;
else begin if (qn[11:8]==9) qn[11:8]=0;
else qn[11:8]= qn[11:8]+1;
if (qn[7:4]==9) clkn3=0;
else clkn3=1;end
end
always @ (posedge clkn3 or negedge clrn)
begin
if (~clrn) qn[15:12]=2;
else if (qn[15:12]==9) qn[15:12]=0;
else qn[15:12]= qn[15:12]+1;
end
Endmodule
2.5 校时选择模块
module xs_6(k,jm,jf,js,jr,jy,jn,j1,j2,j3); //k是控制输入端
input k,j1,j2,j3;
output reg jm,jf,js,jr,jy,jn;
always
Begin
if (k==0) {jm,jf,js}={j1,j2,j3};//k=0是,控制将校时按钮j1、j2和j3的信号分别分别送到计时器模块的jm、jf
else {jr,jy,jn}={j1,j2,j3};//k=1时校时按钮j1、j2、j3的信号分别送到年月日模块的jr、jy、jn
end
Endmodule
2.6显示选择模块的设计
module mux_16(k,qm,qf,qs,qr,qy,qn,q);
input k; //k是控制输入端，k=1时将年月日送来的qr、qy、qn状态信号送到数码管显示
input[7:0] qm,qf,qs,qr,qy;
input[15:0] qn;
output reg [31:0] q;
always
begin
if(k==0) begin
q[31:24]=0;
q[23:0]={qs,qf,qm};end
else q={qn,qy,qr};
end
endmodule
2.7控制模块源程序
module contr(clk,k1,k2,k); //clk是1s时钟输入端;k1和k2是控制输入端
input clk,k1,k2;
output reg k; //k是控制输出端
reg[3:0] qc;
reg rc;
always @(posedge clk)
begin
qc=qc+1;
if (qc<8)rc=0;
else rc=1;
case({k1,k2})
0:k=rc; //k1k2=00或11时是自动显示模块，控制数码器用8s钟时间显示年月日8s显示时分秒
1:k=0; //k1k2=01时仅控制显示时分秒，同时用j1、j2、j3校秒、校分和校时
2:k=1; //k1k2=10时，仅显示年、月、日，同时用j1、j2、j3校年、校月和校日
3:k=rc; //11
endcase end
endmodule
//在控制模块中使用了一个16分频电路，输出rc时16s的方波，即8s为高电平、8s为低电平用于万年历的自动倒换模式。
2.8 生日彩灯模块
module czbf (clk,k,qy,qr,q,qo);
input clk,k;
input [7:0] qy,qr;
output reg [11:0] q, qo;
reg s,qs,clkn;
reg[24:0] qq;
reg[6:0] qss;
initial q=5;
always @( posedge clk)
begin if (qq==2000000-1) qq=0; else qq=qq+1;
if (qq==2000000-1) clkn=1; else clkn=0;
end
always @(posedge clkn)
begin
if (s) begin qs=q[11]; q=q<<1;q[0]=qs;end
else begin qs=q[0]; q=q>>1;q[11]=qs;end
end
always @(posedge clkn)
begin
qss=qss+1;
if (qss<63) s=0; else s=1;
end
always
begin if (qy=='h05&qr=='h13&k) qo=q;
else qo=0;
end
endmodule
//当数码管上的月日与某生日相同时，流水灯相继左右旋转。此时可通用拨动开关K控制流水灯的亮灭。