基于VHDL的鬧鐘控制系統(tǒng)

崔秋麗

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215104）

1 概述

鬧鐘不僅具有數(shù)字鐘的功能，還具有定時(shí)響鈴的功能，是人們不可缺少的日常生活用品之一。鬧鐘是一個(gè)具有"時(shí)"、"分"、"秒"顯示的計(jì)時(shí)裝置，其周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，當(dāng)計(jì)時(shí)至滿刻度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)清零，開(kāi)始新的一天的計(jì)時(shí)。除此之外，該系統(tǒng)的時(shí)間可以進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)鬧鐘計(jì)數(shù)至我們預(yù)先設(shè)定的時(shí)間時(shí)，鬧鐘的鈴聲響起，以提示人們時(shí)間到了。

2 系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體可分為五大部分：計(jì)數(shù)模塊、分頻模塊、鬧鐘控制模塊、數(shù)碼轉(zhuǎn)換模塊以及掃描輸出模塊，如圖1所示。其中計(jì)數(shù)模塊包括"秒"位計(jì)數(shù)器（SECOND）、"分"位計(jì)數(shù)器（MINUTE）、"時(shí)"位計(jì)數(shù)器（HOUR）；分頻模塊包括分頻器（F），鬧鐘控制模塊包括鬧鐘控制器（LINGSHENG）；數(shù)碼轉(zhuǎn)換模塊包括時(shí)位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_SHI）、分位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_FEN）、秒位數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_MIAO）、七段顯示碼輸出器（SE71）。鬧鐘控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 鬧鐘控制系統(tǒng)框圖

3 源程序代碼仿真

（一）、"秒"計(jì)數(shù)器（SECOUND）

該程序主要是對(duì)鬧鐘跳過(guò)的秒數(shù)進(jìn)行計(jì)算，clk,ens為輸入信號(hào)端口，cos,times為輸出信號(hào)端口。ens具有清零功能，clk是脈沖信號(hào)，每增加一秒times數(shù)值就加一，當(dāng)times為59時(shí) cos為 1。"秒"計(jì)數(shù)器（SECOUND）對(duì)應(yīng)仿真波形圖如圖2所示。當(dāng)clk處于上升沿時(shí)，輸出端口times會(huì)加1。

（二）、"分"計(jì)數(shù)器（MINUTE）

該模塊的功能是實(shí)現(xiàn)分的計(jì)數(shù)，每當(dāng)秒計(jì)數(shù)模塊的cos為1時(shí),輸入端口ena就輸入1，輸出端口timem就加1，當(dāng)timem為59時(shí)，com為1。"分"計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)仿真波形圖如圖3所示。

輸入端口ena輸入1，輸出端口timem就加1，當(dāng)timem為59時(shí)，com為1。

（三）"時(shí)"計(jì)數(shù)器（HOUR）

該模塊的功能是實(shí)現(xiàn)時(shí)計(jì)數(shù)，輸入端口com為1時(shí)，輸出端口timeh就加1，當(dāng)timeh為23時(shí)將恢復(fù)0并重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。"時(shí)"計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)仿真波形圖如圖4所示。clk_1hz輸出用于正常的計(jì)數(shù)，clk_2輸出用于七段顯示數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描輸出。

（四）分頻器（F）

根據(jù)外部的輸入時(shí)鐘，將外部時(shí)鐘分成兩路信號(hào)，一路clk_1hz輸出用于正常的計(jì)數(shù)，一路clk_2輸出用于七段顯示數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描輸出。對(duì)應(yīng)仿真波形圖如圖5所示。輸入端口com為1時(shí)，輸出端口timeh就加1，當(dāng)timeh為23時(shí)將恢復(fù)0并重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。

圖4 "時(shí)"計(jì)數(shù)器（HOUR）波形圖

圖5 分頻器（F）波形圖

（五）鬧鐘控制器（LINGSHENG）

該模塊的功能是當(dāng)輸入端off為1時(shí)開(kāi)啟鬧鈴功能，當(dāng)時(shí)鐘的實(shí)際時(shí)間與設(shè)定的時(shí)間相等時(shí)鬧鐘鈴聲響起；當(dāng)輸入端off為0時(shí)關(guān)閉鬧鈴功能。鬧鐘控制器對(duì)應(yīng)仿真波形圖如圖6所示。當(dāng)輸入端off為1時(shí)開(kāi)啟鬧鈴功能，當(dāng)時(shí)鐘的實(shí)際時(shí)間與設(shè)定的時(shí)間相等時(shí)鬧鐘鈴聲響起；當(dāng)輸入端off為0時(shí)關(guān)閉鬧鈴功能。

（六）時(shí)位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_SHI）

該模塊的功能是將輸入端口intergh的二十四進(jìn)制時(shí)位計(jì)數(shù)制在輸出端口換為二進(jìn)制形式。時(shí)位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器，仿真波形圖如圖7所示。輸入端口intergh的二十四進(jìn)制時(shí)位計(jì)數(shù)制在輸出端口換為二進(jìn)制形式，當(dāng)intergh為12時(shí)轉(zhuǎn)換后的輸出為00010010。

圖6 鬧鐘控制器（LINGSHENG）波形圖

圖7 時(shí)位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_SHI）波形圖

（七）分位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_FEN）

該模塊的功能是將輸入端口intergm的六十進(jìn)制分位計(jì)數(shù)制在輸出端口換為二進(jìn)制形式。分位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_FEN）仿真波形如圖8所示。輸入端口intergm的六十進(jìn)制時(shí)位計(jì)數(shù)在輸出端口換為二進(jìn)制形式，當(dāng)intergm輸入為9時(shí)轉(zhuǎn)換后的輸出為00001001。

（八）秒位數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_MIAO）程序

該模塊的功能是將輸入端口intergs的六十進(jìn)制秒位計(jì)數(shù)制在輸出端口換為二進(jìn)制形式。秒位數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_MIAO）程序如下，仿真波形見(jiàn)圖9所示。輸入端口intergs的六十進(jìn)制時(shí)位計(jì)數(shù)在輸出端口換為二進(jìn)制形式，當(dāng)intergs輸入為15時(shí)轉(zhuǎn)換后的輸出為00010101。

圖8 分位輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_FEN）波形圖

圖9 秒位數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（BCD_MIAO）波形圖

（九）、七段顯示碼輸出器（SEG71）程序

該模塊的功能是將時(shí)、分、秒的具體時(shí)間通過(guò)七段數(shù)碼顯示器顯示出來(lái)，方便人們的日常使用。仿真波形如圖10所示。當(dāng)輸入為0000時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出為0111111，將時(shí)、分、秒的具體時(shí)間通過(guò)七段數(shù)碼顯示器顯示。該模塊的功能是檢查時(shí)、分、秒的輸出顯示功能是否正常。

圖10 七段顯示碼輸出器（SEG71）波形圖

（十）、頂層文件圖形

頂層文件圖形如圖11所示。

圖14 頂層文件圖形

該頂層文件的功能是將各個(gè)模塊連接在一起，用以實(shí)現(xiàn)鬧鐘的整體功能即鬧鐘是一個(gè)具有"時(shí)"、"分"、"秒"顯示的計(jì)時(shí)裝置，其周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，當(dāng)計(jì)時(shí)至滿刻度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)清0，開(kāi)始新的一天的計(jì)時(shí)。除此之外，該系統(tǒng)的時(shí)間可以進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)鬧鐘計(jì)數(shù)至我們預(yù)先設(shè)定的時(shí)間時(shí)，鬧鐘的鈴聲響起，以提示人們時(shí)間到了。

結(jié)語(yǔ)

此次設(shè)計(jì)主要是以鬧鐘控制系統(tǒng)為目標(biāo)，利用VHDL語(yǔ)言以及MAX+PLUSⅡ軟件，實(shí)現(xiàn)其計(jì)數(shù)、分頻、鬧鐘控制、數(shù)碼轉(zhuǎn)換以及掃描輸出等功能。

[1]孫津平.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2005

[2]王慧玲.電路基礎(chǔ)[M].北京：北京高等教育出版社.2004

[3]王振紅.VHDL數(shù)字電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐教程[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社.2003

[4]焦素敏.EDA應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京清華大學(xué)出版社.2006

[5]劉昌華.數(shù)字邏輯EDA設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：北京國(guó)防工業(yè)出版社.2005