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利用小脚丫FPGA开发板及四位数码管构建数字时钟的电路设计方案。

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简介：
1、本设计旨在实现基于小脚丫FPGA开发板和四位数码管的数字时钟系统，具体要求如下：1)采用FPGA与按键以及四位数码管相结合的方式，构建数字时钟功能；2)时钟显示格式为“XX:XX:XX”，采用24小时制；3)四位数码管用于显示时、分、秒，并通过按键切换显示时分界面或分秒界面；4)用户可以通过按键设定初始时间；5)在整点12点时，系统会通过蜂鸣器发出提示音，蜂鸣器持续响铃约5秒钟。 2、硬件连接方面，FPGA的系统时钟来源于小脚丫FPGA开发板配置的24MHz时钟晶振，并连接到FPGA的C1引脚。设计中使用了五个按键（K1至K5），这些按键分别连接到FPGA的B8、C8、A10、A11和A12引脚。如图1所示，详细展示了五个按键的硬件设计。此外，设计还包含一个蜂鸣器，用于整点报时，其硬件连接如图1所示，蜂鸣器连接到FPGA的B2引脚。图2则展示了蜂鸣器的硬件设计。为了实现时间显示功能，设计中使用了四位数码管，并采用了两个74HC595芯片进行驱动。如图1所示，74HC595的串行时钟SCK、并行时钟RCK和串行数据DIN分别连接到FPGA的N2、M1和K1引脚上。图3则详细描述了数码管驱动模块的设计。 3、工作原理方面：首先使用计数器进行频率分频处理，从而产生周期为1秒的脉冲信号；其次使用三个8位BCD码来表示当前的时、分、秒的值，其中高4位代表十位数值，低4位代表个位数值；正常运行时，每来一个脉冲信号就增加个位数值；当个位数值达到十进制的十后清零并加一（表示进入下一秒），当秒数值达到60后清零并加一（表示进入下一分钟），以此类推直到23:59:59的所有数值都清零；此外，通过按键K5可以切换不同的模式（分秒显示模式、分秒调节模式、时分显示模式和时分调节模式），用户可以通过按动K5来依次切换这些模式；当数字时钟处于时针调节或分针调节或秒针调节模式下的时候, 按动K2可以调节对应的时间位置; 通过 K4 和 K2 键可以分别左移右移要调整的位置, 调整后的位置会通过对应位的闪烁指示出来; 最后, 通过 K1 和 K3 来增大或减小所调整的位置的值. 4、代码设计方面, 为了实现上述功能, 将整个设计划分为若干模块, 如图4所示. 图4展示了数字时钟程序设计的总体框架. 具体模块包括五位按键消抖模块 (图5), 电子表显示控制模块 (图8), 数码管译码模块 (图10), 以及数码管显示控制模块 (图 12)。 五位按键消抖模块负责将按键按下一次产生的电平信号经过消抖后转换为维持一个定时周期的脉冲信号, 其原理是通过检测前一个检测值与当前检测值之间的异或操作来判断是否按下按钮. 电子表显示控制模块则负责接收来自五位按键脉冲的信息, 并将其转换为十六位的BCD码输出, 每四个BCD编码代表一个十进制数; 数码管译码模块将输入的四位BCD码转化为七段数码数据; 数码管显示控制模块则负责将四个八位的七段数码数据组合成十六位的输出数据. 74HC595驱动功能模块负责将十六位的bit select data通过SPI接口串行输出给74HC595芯片.

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  • 基于小脚丫FPGA开发板及四位数码管的数字时钟设计方案
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    本设计采用小脚丫FPGA开发板和四位数码管构建数字时钟，实现时间显示功能。通过硬件描述语言编程，完成计时、校准等操作，提供精准的时间参考。 设计要求基于小脚丫FPGA开发板及四位数码管实现数字时钟的设计： 1. 使用FPGA、按键以及四位数码管来完成数字时钟的功能。 2. 时间显示格式为XX:XX:XX（小时：分钟：秒），采用24小时制。 3. 四位数码管用于展示时间的各个部分，可以通过按键选择查看或调整时分界面和分秒界面的时间信息。 4. 通过按键设定初始时间。 5. 设计在整点12点报时的功能，即当时间为00:00:00时蜂鸣器会响约5秒钟以示提醒。 硬件连接部分： - FPGA的系统时钟采用小脚丫FPGA开发板上配置好的24MHz晶振信号，并将其与C1引脚相连。 - 设计中使用五个按键K1至K5，分别接在B8、C8、A10、A11和A12引脚。这些按钮用于控制时间的设置及显示模式的选择等操作。 - 蜂鸣器连接到FPGA的B2引脚上，在整点时通过该蜂鸣器发出声音信号，以提醒用户当前是整点时刻。 - 四位数码管用两个74HC595芯片驱动。这两个IC分别接在N2、M1和K1引脚。 工作原理： - 利用计数器进行分频处理得到周期为一秒的脉冲信号； - 使用三个8bit BCD码表示时钟的时间信息，每个BCD码包含分钟、秒钟等时间单位的数据。 - 正常操作下每秒更新一次显示内容；当秒钟到达60后会重置并增加一分钟计数器值。以此类推直到23:59:59的下一刻所有计时位清零； - 按键K5用于模式切换，提供四种工作状态：分秒显示、分秒调节、时分显示和时分调节。 - K2按钮在时间调整阶段使用；当数字钟处于设置小时或分钟的状态下按下此按键可以改变对应的时间单位数值大小。 代码设计： 为了实现上述功能，整个项目被划分为不同的模块。主要包含以下部分： 1. 五位按键消抖模块：用于去除机械按键接触时产生的抖动。 2. 电子表显示控制单元负责处理用户输入的指令，并根据当前状态调整显示屏上时间的展示方式； 3. 数码管译码器将BCD编码转换成七段数码显示器可以识别的形式； 4. 四位数码管驱动程序用于向74HC595发送数据，以点亮正确的LED显示数字。 5. 与SPI通信相关的代码负责通过串行接口传输必要的控制信号给外部设备如74HC595。
     
  • 基于小脚丫(FPGA开发板)和Nokia5110(液晶屏)的数字时钟电路设计方案
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    本设计采用小脚丫FPGA开发板与Nokia5110液晶屏构建了一个数字化时钟系统，方案详细阐述了硬件选型、接口通信及软件编程策略。 小脚丫FPGA开发板的设计方法从根本上改变了现代数字电路设计的方式，无论从最简单的与非门到复杂的SoC系统芯片都适用。通过硬件描述语言（HDL），可编程逻辑器件FPGA帮助我们实现各种数字电路，这一切显得既神奇又神秘。 目前市场上存在多种多样的FPGA开发板，但它们要么功能过于复杂、使用门槛过高，要么核心芯片老旧而接近淘汰。Step团队经过精心挑选和设计，推出了小脚丫一代FPGA开发板，为大家提供了一个酷炫且实用的入门级学习平台。以下是小脚丫的一些特性： - **尺寸小巧**：52mm*18mm（食指大小），即插即用。 - **USB供电**：自带编程器，无需额外配置下载线。 - **高性能芯片**：采用LCMXO2-1200 FPGA芯片，具有高性价比和强大的功能。 小脚丫FPGA开发板不仅适合学习数字逻辑的初学者使用，也适用于各种DIY项目及原型设计。这里提供了一个基于小脚丫的数字时钟的设计案例： 该设计采用了Nokia 5110液晶屏，并能方便地调节时间。提供了详细的设计框图、硬件连接说明和源代码供参考。 **按键功能介绍：** - K1 按键用于模式切换，共有4种模式（运行模式、时针调节、分针调节及秒针调节）。 - K2 用于调整对应的时间位，在相应的调节模式下按动K2即可进行时间设置。 主要使用的FPGA资源为： - registers:178 - SLICEs:286 - LUT4s:568 - GSRs:1 **所用芯片包括：** LCMXO2-1200（主频 133MHz） Nokia5110 液晶屏 LT1117 稳压器
     
  • 基于小脚丫FPGA开发板的交通灯电路设计方案
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    本项目基于小脚丫FPGA开发板设计了一套智能交通灯控制系统，旨在优化道路通行效率和安全性。通过硬件与软件协同工作，实现交通信号的智能化管理。 设计要求基于小脚丫FPGA开发板设计带数码管显示倒计时的交通灯系统： 1. 一个道路绿灯持续时间25秒，红灯持续时间10秒，黄灯持续时间3秒； 2. 另一道路绿灯持续时间10秒，红灯持续时间25秒，黄灯持续时间3秒； 3. 第一位数码管和第二位数码管显示倒计时。 硬件连接：FPGA的系统时钟来自于小脚丫FPGA开发板配置的25MHz时钟晶振，并连接到FPGA的C1引脚。本设计除了复位键以外没有其他的输入，故只用到一个按键K6；该按键连接至FPGA的B1引脚。 硬件设计包括两个RGB LED用于交通灯显示、74HC595驱动数码管等部分，并且提供了相应的图示说明其具体连接方式（图2和图3）。 工作原理与状态转换： - 使用计数器进行分频处理，得到周期为一秒的脉冲信号clk_1h； - 用6位BCD码表示倒计时时间值，高两位代表十位数值，低四位显示个位数值。 - 设定四个不同的交通灯工作模式（S0至S3），并绘制了状态转换图来描述它们之间的切换逻辑。 代码设计： 整个项目被划分为五个模块进行实现：clock_division、Curren_state、Output&count、CubeDisplay和顶层控制模块。每个部分都扮演着特定的角色，例如时钟分频器处理频率调整；Current_state负责更新状态机的当前态与次态；Output&count则主要关注交通灯显示以及倒计时时序管理等。 系统运行：通过实际测试验证了设计的有效性，并提供了相关视频展示其工作情况。
     
  • 基于FPGA的数字时钟设计（ego1开发板）
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    本项目基于ego1 FPGA开发板设计一款数字时钟，采用硬件描述语言实现时间显示与时计数功能，结合外部晶振提供稳定时基。 基于FPGA设计数字时钟（ego1开发板），使用vivado2018.1进行开发。
     
  • 基于FPGA的数字时钟设计方案
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    本设计采用FPGA技术实现了一个功能全面的数字时钟系统，具备时间显示、校准及闹钟提醒等功能。通过硬件描述语言编程，优化了电路结构，提高了系统的稳定性和精确度。 使用VHDL编写的基于FPGA的时钟设计适合初学者学习。这个设计可以用于编写分计时器以及小时计时器，虽然比较简单，但是非常实用。
     
  • 基于FPGA的数字时钟设计方案
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    本设计采用FPGA技术实现一个高效的数字时钟系统。通过集成硬件描述语言编程，该方案能够精准显示时间，并具备定时、闹钟等实用功能，适用于日常生活和工业控制领域。 基于FPGA的数字时钟设计采用Verilog HDL语言进行实现。
     
  • 基于FPGA的数字时钟设计方案
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    本设计采用FPGA技术实现了一款功能全面的数字时钟，具备时间显示、闹钟提醒等功能，并优化了电路结构以提高稳定性和可靠性。 EDA技术在电子系统设计领域越来越普及，在本项目中我们使用VHDL语言与C语言在FPGA实验板上开发了一个24小时计时的数字钟，能够显示至满刻度为23:59:59（即23时59分59秒）。整个程序由多个具有特定功能的单元模块组成，包括分频器、时间计数器和处理器及外设。我们使用QuartusII工具对VHDL语言编写的部分进行硬件电路设计与仿真，并利用SOPC技术创建了所需的外部设备如FLASH和SRAM。软件部分则通过Nios II平台用C语言实现，最后下载到FPGA实验板上完成调试验证工作。整个项目采用自顶向下、混合输入的设计方法（包括原理图输入—顶层文件连接以及VHDL语言输入—各模块程序设计）来构建数字钟的硬件与软件系统。
     
  • 基于FPGA的数字时钟设计方案
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    本设计利用FPGA技术构建高效能数字时钟系统，结合硬件描述语言实现时间显示、校准和报警等功能模块，旨在提供精确的时间管理解决方案。 在电子设计领域内，FPGA（现场可编程门阵列）是一种广泛应用的可配置逻辑器件，可以被设置为实现各种不同的数字功能。基于FPGA构建一个精确、自定义化的数字时钟系统是利用其灵活性及并行处理能力的一种常见方式。 理解FPGA的基本结构对设计至关重要：它由可配置逻辑块（CLBs）、输入输出单元（IOBs）和互连资源组成。CLBs可以构建基本的逻辑门，如与非门、或非门等；IOBs负责外部电路通信；而互连资源则连接这些组件以实现复杂的逻辑功能。 数字时钟设计中使用FPGA生成并显示时间，通常包括以下关键模块： 1. **时钟发生器**：作为系统的核心部分，它提供一致且准确的时间基准。在FPGA内部，可以通过锁相环（PLL）或分频技术来创建不同频率的时钟信号。 2. **计数器**：这是数字时钟的关键组件之一，用于记录时间流逝。根据需要可以设计秒、分钟和小时计数器，并通常采用模数计数结构实现。 3. **译码器**：将来自计数器的信息转换为人类可读的时间格式。例如，十进制译码器能够把二进制信息转化为十进制数字，在显示屏上显示出来。 4. **显示器驱动模块**：它控制LED或LCD屏幕的输出，确保时间以正确的形式呈现给用户查看。 5. **人机交互界面**：可能包括按键或者触摸屏功能，用于设置时间和调整其他参数选项。 在“clock”项目中通常会包含如下文件： - **clock.v**：此为Verilog代码文档，详细描述了上述模块的实现细节。 - **testbench.v**：测试平台脚本，用以验证设计的功能性和性能。通过仿真确保每个组件都能正常运行。 - **约束文件**（如.ucf或.xdc）定义FPGA物理引脚分配和时钟限制条件。 - 编译报告及配置文档记录了编译过程的信息以及最终生成的设备烧录数据。 为了完成整个设计，需要使用硬件描述语言编写代码，并借助工具链进行编译、仿真。在确认无误后将生成的数据下载到FPGA中，即可实现一个实时运行的数字时钟系统。 基于FPGA构建的数字时钟项目涵盖了如数字逻辑设计、时间管理技术、计数功能及显示等多个方面内容，是学习硬件开发和数字电路设计的理想案例之一。通过这个项目的实践操作能够深入理解FPGA的工作原理，并提升相应的工程技能。
     
  • 基于FPGA的四位数码管电子时钟.zip
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    本项目为一个基于FPGA技术实现的四位数码管电子时钟设计。通过硬件描述语言编程，完成时间显示、计时及报警功能，适用于学习和研究FPGA应用。 本资料来源于网络整理，仅供学习参考使用。如有侵权，请联系删除。 该资料包含论文与程序两部分，大部分为Quartus工程文件，少数是ISE或Vivado的项目；代码文件则主要是V文件形式。 我将每个小项目的源码都开源出来，并欢迎关注我的博客下载学习。 由于涉及40多个不同的小项目，对于每一个具体的项目要求和实现效果就不一一描述了。需要注意的是，一个包里只包含一个小项目。 部分项目可能有多种程序版本，因为所使用的代码存在一些差异；例如密码锁的显示数码管数量的不同以及使用Verilog或VHDL语言的区别。 关于项目的报告细节，在我的博客专栏中展示了一部分内容。
     
  • 基于DE2开发板的FPGA数字频率计源码-电路方案
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    本项目提供了一种基于DE2开发板的FPGA数字频率计的设计与实现方法，包括详细的硬件电路和软件代码。适用于电子工程学习者和技术爱好者深入理解FPGA编程及应用。 基于FPGA的数字频率计介绍：数字频率计是一种基本测量仪器，用于通过数字显示方式来测定被测信号的频率。该设备可以处理正弦波、方波或其它周期性变化的输入信号，并且在配合适当传感器的情况下能够测试多种物理量，例如机械振动频率、转速、声音频率及产品数量等。因此，在航天、电子和测控领域中得到了广泛应用。 其基本测量原理为：首先将被测信号与标准时钟同步通过一个闸门，然后利用计数器统计脉冲的数量，并在固定时间窗口内锁存这些数据；最后使用显示译码器将结果转换成十进制数值并以液晶显示器的形式呈现出来。基于这一工作原理，在本段落的设计方案中，数字频率计的功能被划分为四个模块：分频、计数、锁存和显示。每个部分分别通过VHDL语言进行编程实现。 此外，该设计方案还具备自动调整量程的能力来适应不同范围内的输入信号，并且能够根据需要控制小数点的位置以确保准确的十进制形式展示测量结果。整个设计流程利用了Verilog HDL语言编写底层和顶层文件，在EDA工具的支持下用大规模可编程器件（CPLD）构建出数字频率计。 与传统的小规模多组件组合方式相比，这种设计方案能够将所有元件集成到一块CPLD芯片上，并且显著减少了设备体积、提高了性能可靠性。通过编程实现了闸门控制信号、多路选择电路、计数器和显示驱动等功能模块的实现，从而简化了整个设计过程并提升了系统的整体表现。 附件内容截图未提供具体内容描述，在此不再赘述。