FPGA多功能数字钟的设计实现

题目：

        在FPGA中设计实现一个多功能数字钟，具备以下功能：

     1.准确计时。能显示时分秒，小时的计时为24进制，分和秒的计时为 60 进制。

　 2.准点报时。当“时-分-秒” 为“ XX-59-55、 XX-59-56、 XX-59-57、 XX-59-58、XX-59-59” 时， 蜂鸣器发“ 嘀” ； 当“时-分-秒” 为“ XX-00-00” 时，扬声器发“ 嗒” 。

     3.校时功能。能够对数字钟的时分秒进行精确的调节。

（本实验基于Altera EP4CE10 征途Pro开发板设计实现）

一．设计思路

　　该工程主要包括顶层模块Digitalclock和若干个底层模块。计时模块Timer＿gen，数码管显示模块display，595控制模块hc595_ctrl，按键消抖模块key_filter，调时模块Adjust以及蜂鸣器控制模块buzzer。

整体的RTL视图如下：

其中display_595模块中包含了对数码管显示模块display，595控制模块hc595_ctrl的例化。

二．FPGA板硬件部分电路原理图

１.　六位八段数码管

其具体使用方法见文章：Altera EP4CE10 征途Pro开发板数码管显示原理（以实现模60计数器为例）-优快云博客

２.　无源蜂鸣器buzzer

　　相对于有源蜂鸣器，无源蜂鸣器的成本更低，声音频率可控。而有源蜂鸣器因其内部自带振荡源，只要加上适当的直流电源即可发声，程序控制较为方便。无源蜂鸣器与有源蜂鸣器不同，因其内部不带震荡源，所以其无法向有缘蜂鸣器那样直接用直流信号驱动，这里需要使用PWM方波才能驱动其发声。

　　其具体使用方法见文章：无源蜂鸣器的驱动实验-优快云博客

3.    按键key

        开发板上使用的机械按键也是按键的一种，特点是：接触电阻小 ，手感好，按键按下或弹起时有“滴答”清脆声；但由于其构造和原理，在按键闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动。

       具体按键消抖方法的设计请参阅文章：按键消抖模块设计实现-优快云博客

三．Verilog代码实现各个模块

１.　计时模块Timer_gen

　　计时模块主要包含对时间数据的生成及其如何计数的设计。本模块内包含一个分频器产生标准秒脉冲。模块中同样包含调时信号输入时数字时间的变化。

       调时信号输入时，时间保持不变，由按键进行调时。

　　核心部分代码如下：

always@( posedge sys_clk or negedge sys_rst_n )
	if( sys_rst_n == 1'b0 )
		cnt_1s <= 1'b0 ;
	else if( cnt_1s == CNT_MAX )
		cnt_1s <= 1'b0 ;
	else 
		cnt_1s <= cnt_1s + 1'b1 ;

always@( posedge sys_clk or negedge sys_rst_n )
	if( sys_rst_n == 1'b0 )
		clk1 <= 1'b0;
	else if( cnt_1s == CNT_MAX )
		clk1 <= ~clk1 ;
	else
		clk1 <= clk1 ;
		
always@( posedge clk1 or negedge sys_rst_n )
	if( sys_rst_n == 1'b0 )
		begin	
			timer[23:20] <= 4'd0;
			timer[19:16] <= 4'd0;
			timer[15:12] <= 4'd0;
			timer[11:8]  <= 4'd0;
			timer[7:4]	 <= 4'd0;
			timer[3:0] 	 <= 4'd0;
		end
	else if( adjust_h == 1'b0 && adjust_m == 1'b0 && adjust_s == 1'b0)
		begin
			if( (timer[23:20] == 4'd2) && (timer[19:16] == 4'd3) && (timer[15:12] == 4'd5) && (timer[11:8] == 4'd9) && (timer[7:4] == 4'd5) && (timer[3:0] == 4'd9 ) )
				begin
					timer[23:20] <= 4'd0;
					timer[19:16] <= 4'd0;
					timer[15:12] <= 4'd0;
					timer[11:8]  <= 4'd0;
					timer[7:4]	 <= 4'd0;
					timer[3:0] 	 <= 4'd0;
				end
			else if( (timer[19:16] == 4'd3) && (timer[15:12] == 4'd5) && (timer[11:8] == 4'd9) && (timer[7:4] == 4'd5) && (timer[3:0] == 4'd9 ) )
				begin
					timer[23:20] <= timer[23:20] + 1'b1 ;
					timer[19:16] <= 4'd0;
					timer[15:12] <= 4'd0;
					timer[11:8]  <= 4'd0;
					timer[7:4]	 <= 4'd0;
					timer[3:0] 	 <= 4'd0;
				end
			else if( (timer[15:12] == 4'd5) && (timer[11:8] == 4'd9) && (timer[7:4] == 4'd5) && (timer[3:0]