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VHDL实验报告自动打铃系统曹刚DOC

实验13自动打铃系统

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第二次实验

自动打铃系统（14）

姓名：曹刚

学号：1228401082

班级：12电子信息工程

4.打铃长度设定模块：用以设定打铃时间的长短；

5.显示控制模块：根据当前时间和打铃时间等信息决定当前显示的内容；

6.打铃控制模块：用于控制铃声音乐的输出；

7.分频模块、分位模块、七段数码管译码模块等；

以上各模块可用下图表示其间的联系。

按键

按键

状态机

计时调时模块

打铃时间

设定模块

打铃长度

设定模块

显示控制及打铃控制模块

七段数码管

译码电路

七段数码管

铃声音乐控制模块

闪烁指示信号

模块启动信号

与按键调节信号等

当前时间

打铃时间

铃声长度

打铃指示

信号等

实验原理

用层次化设计的方法以VHDL语言编程实现以下功能：

具有“时”、“分”、“秒”计时功能；时为24进制，分和秒都为60进制。

具有消抖功能：手工按下键盘到是否这个过程大概50ms左右，在按下开始到弹簧片稳，定接触这段时间为5-10ms，从释放到弹片完全分开也是5-10ms，在达到稳定接触和完全分开的微观过程中，电平是时高时低的，因此如果在首次检测到键盘按下时延时10ms再检测就不会检测到抖动的毛刺电平了。64Hz的信号周期为15.6ms，正适合做消抖信号。

具有校时和清零功能,能够用4Hz脉冲对“小时”和“分”进行调整，并可进行秒清零；

具有整点报时功能。在59分51秒、53秒、55秒、57秒发出低音512Hz信号,在59分59秒发出一次高音1024Hz信号,音响持续1秒钟,在1024Hz音响结束时刻为整点。

具有一键设定闹铃及正常计时与闹铃时间的显示转换。闹时时间为一分钟。

具有学校的上下课铃，熄灯铃的功能，并且可以控制打铃时间的长短。

总体的设计框图如下

图自动打铃系统总体设计框图

实验模块

1.时钟模块设计：

时钟模块是学校打铃器最基本的模块，主要实现基本计时、调时、调分功能，包括秒计数模块、分计数模块、时计数模块。

秒计数模块：

如图所示为秒计数模块符号图。输入端口clr是秒计数模块的清零信号，也是整个数字中的使能信号，低电平有效；clk是秒脉冲输入端口，外接分频模块频率为1Hz的时钟信号；输出端口cq0[3..0]是秒时钟的低位，cq1[3..0]是高位；co端口是进位输出端口，当秒计数到59时输出高电平，其它时候输出低电平。

模块图如图。六十进制带进位计数器，可清零，当q0计满9后q1增加1，当q0满9且q1记满5，q1、q0同时归零，co输出为高电平。q1为十位q0为个位。

②分计数模块：

如图所示为分计数模块符号图。输入端口clr1是分计数模块的清零信号，也是整个数字中的使能信号，低电平有效；clk1是秒脉冲输入端口端口；cq2[3..0]是分计时的低位，cq3[3..0]是分计时的高位；cout端口是进位输出端口，接时计数的clk1作为时钟输入，当秒计数到59时输出高电平，其它时候输出低电平。

③时技术模块：

如图所示为时计数模块符号图。输入端口clr是时计数模块的清零信号，也是整个数字中的使能信号，低电平有效；clk是秒脉冲输入端口输出端口；q0[3..0]是分计时的低位，q1[3..0]是分计时的高位。

此为24进制无进位计数器，当计数信号计到23后再检测到计数信号时会自动归零。带清零，clk输入为分秒进位相与的结果。q1为十位，q0为个位。

2.分频模块设计：

晶体振荡器是构成数字时钟的核心，振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，它保证了时钟的走时准确及稳定。石英晶体的选频特性非常好，只有某一频率点的信号可以通过它，其它频率段的信号均会被它所衰减，而且振荡信号的频率与振荡电路中的R、C元件的数值无关[7]。

模块图如图所示。由四个分频器构成，输入信号in_clk为1024Hz脉冲信号。把输入的8192Hz信号分频为四个脉冲信号，即1Hz的秒脉冲，4Hz的校时、校分脉冲，64Hz的消抖脉冲，以及512Hz和1024Hz的蜂鸣器低音输入。

3.消抖模块设计：

由于大部分按键式机械触点，在触点闭合和断开时都会产生抖动，为避免抖动引起的误动作造成系统的不稳定，就要求消除按键的抖动，确保按键每按一次只做一次响应。

在本设计初期完成后，下载程序测试时，拨动按键或者按下按键时显示出现异常，这就需要加入按键消抖模块。

模块的实现方法是先判断是否有按键按下，如有按键按下则延时一段时间，待抖动过去之后再读行线状态，如果仍有低电平行线，则确定有按键按下，然后产生一个有按键按下的信号。该模块有一个时钟输入端口，输入时钟信号是分频出来的64Hz的时钟信号；对sa