基于VHDL的电子计时器的设计方法详解

基于VHDL的电子计时器的设计方法详解

本文为大家介绍电子计时器的VHDL设计方法。

设计要求

设计一个电子计时器，给定时钟信号为512HZ，要求系统达到以下功能：

（1）用6个数码管分别显示时、分、秒，计时范围为00：00：00～23：59：59。

（2）计时精度是1s。

（3）具有启/ 停开关， 复位开关。

总体方框图

内部各功能模块

本系统由六十进制计数器模块、二十四进制计数器模块、分频模块执行计时功能， 输入信号是512Hz，通过分频后为1Hz，时钟信号是1Hz作为计时器的秒输入，秒为60进制计数器，分也为60进制计数器，小时采用二十四进制计数器， 各级进位作为高位的使能控制。

六十进制计数器模块

设计一个八位的六十进制计数器模块，输入信号为en、reset、clk，分别为使能、复位和时钟信号，输出信号为qa［3?0］、qb［3?0］、rco，分别为低4位输出、高4位输出和进位位。

六十进制计数器

示波形分析

秒计数器的仿真波形图

利用60进制计数器完成00到59的循环计数功能，当秒计数至59时，再来一个时钟脉冲则产生进位输出，即enmin=1；reset作为复位信号低电平有效，即高电平时正常循环计数，低电平清零。因为这种60进制的VHDL语言是很好写的，它并不复杂，再说我们必须要学会这些基本的硬件语言的描写。

分钟计数器的仿真波形图

VHDL源程序

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.ALL;

USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;

ENTITY count60 IS

PORT（ en，Reset，clk： in STD_LOGIC;

qa： out STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;

qb： out STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;

rco： OUT STD_LOGIC）; END count60;

ARCHITECTURE a OF count60 IS

BEGIN

process（clk）

variable tma： STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;

variable tmb： STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）; begin

If Reset =‘0’then tma：=“0000”;

tmb：=“0000”;

elsif clk‘event and clk=’1‘ then

if en=’1‘ then

rco<=tmb（2）and tmb（0）and tma（3）and tma（0）;

if tma=“1001” then

tma：=“0000”;

if tmb=“0101” then

tmb：=“0000”;

else tmb：=tmb+1;

end if;

else tma：=tma+1;

end if;

end if;

end if;

qa<=tma;qb<=tmb; end process; END a;

二十四进制计数器模块

设计一个八位的二十四进制计数器模块，输入信号为en、reset、clk，分别为使能、复位和时钟信号，输出信号为qa［3?0］、qb［3?0］，分别为低4位输出、高4位输出。

二十四进制计数器示意图

波形分析

小时计数器的仿真波形图

VHDL源程序

小时计数模块利用24进制计数器，通过分钟的进位信号的输入可实现从00到23的循环计数。

该模块部分VHDL 源程序如下：

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.ALL;

USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;

ENTITY count24 IS

PORT（ en，Reset，clk： in STD_LOGIC;

qa： out STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;

qb： out STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0））;

END count24;

ARCHITECTURE a1 OF count24 IS

BEGIN

process（clk）

variable tma： STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;

variable tmb： STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;

begin

If Reset = ‘0’then tma：=“0000”;

tmb：=“0000”; else

if clk‘event and clk=’1‘ then

if en=’1‘ then

if tma=“1001” then

tma：=“0000”;

tmb：=tmb+1;

elsif tmb=“0010” and tma=“0011” then

tma：=“0000”;

tmb：=“0000”;

else tma：=tma+1;

end if;

end if;

end if;

end if;

qa<=tma;

qb<=tmb;

end process;

END a1;