基于fpga的數(shù)字時鐘設計應用

一、 功能描述

本工程包括矩陣鍵盤和數(shù)碼管顯示模塊，共同實現(xiàn)一個帶有鬧鐘功能、可以設置時間的數(shù)字時鐘。具體功能如下：

1. 數(shù)碼管可以顯示時十位、時個位、分十位、分個位、秒十位、秒個位。

2. 上電后，數(shù)碼管顯示000000，并開始每秒計時。

3. 按下按鍵0進入時間設置狀態(tài)。再按下按鍵0退出時間設置狀態(tài)，繼續(xù)計時。

4. 在時間設置狀態(tài)，通過按鍵1來選擇設置的時間位，在0~5之間循環(huán)選擇。

5. 在時間設置狀態(tài)，通過按鍵2來對當前選擇的時間位進行加1。

6. 在計時狀態(tài)下，按下按鍵14，進入鬧鐘時間點設置狀態(tài)。再按下按健15，退出鬧鐘設置狀態(tài)。

7. 在鬧鐘設置狀態(tài)，按下按鍵13選擇設置的時間位，此時可以按下所需要的按鍵序號設置對應鬧鐘時間。

8. 當前時間與所設置的時間點匹配上了，蜂鳴器響應5秒。

二、 平臺效果圖

三、 實現(xiàn)過程

首先根據(jù)所需要的功能，列出工程頂層的輸入輸出信號列表。

我們把工程分成四個模塊，分別是數(shù)碼管顯示模塊，矩陣鍵盤掃描模塊，時鐘計數(shù)模塊，鬧鐘設定模塊。

1.數(shù)碼管顯示模塊

本模塊實現(xiàn)了將時鐘數(shù)據(jù)或者鬧鐘數(shù)據(jù)顯示到七段譯碼器上的功能。

七段譯碼器引腳圖：

根據(jù)七段譯碼器的型號共陰極或者共陽極，給予信號0或1點亮對應的led燈，一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可構成多位數(shù)碼管，它們的段選（a，b，c，d，e，f，g，dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。數(shù)碼管的8段，對應一個字節(jié)的8位，a對應最低位，dp對應最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即；共陽數(shù)碼管的字符編碼為11000000。

在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。

本模塊采用6個七段譯碼器顯示鬧鐘小時分鐘秒位，使用一個計數(shù)器不停計數(shù)0-5，每個數(shù)字代表一個七段譯碼器，在對應的七段譯碼器給予對應的字符編碼，以此達到掃描數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)的功能。

信號列表如下：

2.矩陣鍵盤掃描模塊

本次案例萬年歷使用的是4x4矩陣鍵盤，本模塊就是實現(xiàn)了矩陣鍵盤的掃描并使用以及按鍵消抖功能。通過行掃描法得到按下的鍵的位置信息。

信號列表如下：

3.時鐘計數(shù)模塊

本模塊實現(xiàn)了時鐘計數(shù)功能，按鍵1按下則進入時鐘數(shù)字調(diào)節(jié)界面，此時利用按鍵2來位選，按鍵3來調(diào)節(jié)數(shù)字，按一次按鍵3則加1，再次按下按鍵1則恢復計數(shù)。

信號列表如下：

4.鬧鐘設定模塊

本模塊實現(xiàn)了設定鬧鐘時間功能，按下按鍵14則進入鬧鐘時間設定界面，此時利用按鍵13來位選，然后按下對應的按鍵則設定對應的數(shù)字，按下按鍵15則退出鬧鐘設定界面，當時鐘數(shù)據(jù)和鬧鐘數(shù)據(jù)相同時，也就是到達設定時間時，蜂鳴器響5s。

信號列表如下：

四、代碼設計