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一、實驗裝置
FPGA開發平台、計算機、其它外接器件
二、需求分析（選題的意義、功能要求等。。。這裡有點水，小夥伴們可以選擇性跳過）
選題的意義：個人認為本項目（《數字時鐘》）的選題意義有二，其一，時鐘和鬧鐘早已是老生常談的日常工具，利用課堂上所學習的知識貫通運用到現實生活中，作為操作實踐，具有一定的現實意義；其二，數字時鐘的功能設計囊括了數位管、LCD屏、開關運用、管教配置設定等知識，能夠對本學期所學的實驗知識做一個挽接，在知識的總結上也具備一定意義；
功能要求：
1.用數位管顯示時、分、秒：分為兩個界面，即時鐘界面以及鬧鐘設定界面，顯示時鐘的時分秒以及鬧鐘的時分秒，可以通過開關切換顯示，是項目的基本功能；
2.能按比例縮短時間調試：調控時鐘或鬧鐘的頻跳速度，友善示範和調試；
3.鬧鐘功能：使用者可以通過sw8切換進入鬧鐘界面，再利用sw1-3設定具體的鬧鐘時間，到點即響，同樣是項目的基本功能；
4.用LCD屏顯示日期（年月日）以及祝福語：作為時鐘，顯示年月日的功能個人覺得也是有必要的，另外關于祝福語，我們對實驗和知識的學習其實本身就是快樂的過程，生活也沒有必要每天都過得毫無色彩、千篇一律，是以懷揣着這份情懷呢，我在本項目中加了一個顯示祝福語的功能，意在表達自己的這份對科學和生活的熱愛以及學習的熱情。
三、系統架構介紹（系統結構圖，各子產品的功能及端口介紹，等）
系統結構圖如下所示：
系統結構圖
各子產品的功能及端口介紹：
（這裡的子產品功能和端口做簡要的介紹，詳細的用法請移步至《設計思路》部分）
1.Digital_CLK_Top(clk_50M, Reset_n, seg7,ledcom,key,beep,
LCD_ON1,LCD_BLON1,LCD_RS1,LCD_RW1,LCD_EN1,LCD_DATA1);
功能：頂層子產品，調用其他子子產品，統籌整個系統的功能；
端口：
clk_50M, //系統時鐘輸入
Reset_n, //系統複位輸入
seg7, //數位管顯示輸出位
ledcom, //數位管位置調控輸出位
key, //開關輸入号位，主要使用于CLKcounter_60BCD
beep, //蜂鳴器輸出信号
LCD_ON1, //LCD供電電源開關
LCD_BLON1, //LCD背景電源開關
LCD_RS1, //寄存器選擇信号
LCD_RW1, //液晶讀寫信号
LCD_EN1, //液晶時鐘信号
LCD_DATA1， //LCD的資料端口
2.lcd_ori(LCD_ON,LCD_BLON,LCD_RS,LCD_RW,LCD_EN,LCD_DATA,CLK);
功能：LCD屏顯示控制子產品，用于控制LCD屏顯示年月日以及祝福語；
LCD_ON, //LCD供電電源開關
LCD_BLON, //LCD背景電源開關
LCD_RS, //寄存器選擇信号
LCD_RW, //液晶讀寫信号
LCD_EN, //液晶時鐘信号
LCD_DATA， //LCD的資料端口
CLK， //子產品時鐘輸入（項目中輸入的是clk_50M）
3.seg_display(clk,rst_n,mimute_cnt,second_cnt,hour_cnt,ledcom,seg7);
功能：基于視覺暫留知識，控制時鐘界面數位管的顯示；
clk, //子產品時鐘輸入
rst_n, //複位信号輸入
mimute_cnt, //分鐘位資料輸入
second_cnt, //秒位資料輸入
hour_cnt, //時位資料輸入
4.counter_60BCD(clk, rst, couter_o,flag);
功能：在頂層子產品調用，根據輸入的時鐘和時|分|秒位資料進行對應的加一計算和進位計算，并在溢出（分秒59加一溢出，時23加一溢出）時傳回一個flag供頂層子產品使用；
rst, //複位信号輸入
couter_o, //數字時鐘部分的時|分|秒位資料輸出
flag， //輸出一個溢出進位标志
5.clk_gen(clk_in,rst,clk_out); //clk_in=50MHz
功能：對輸入的50MHz的系統時鐘分頻，調用時根據CLK_DIV變量的複用情況進行運算并傳回對應的時鐘分頻結果；
clk_in, //子產品時鐘輸入，在頂層子產品
clk_out， //時鐘分頻結果輸出
6.CLKseg_display(clk,rst_n,mimute_cnt,second_cnt,
hour_cnt,CLKmimute_cnt,CLKsecond_cnt,CLKhour_cnt,ledcom,seg7,sw8);
功能：基于視覺暫留知識，控制鬧鐘設定界面數位管的顯示，并基于sw8的狀态控制切換數位管屏顯示；
mimute_cnt, //分鐘位資料輸入（時鐘）
second_cnt, //秒位資料輸入（時鐘）
hour_cnt, //時位資料輸入（時鐘）
CLKmimute_cnt,//分鐘位資料輸入（鬧鐘設定）
CLKsecond_cnt,//秒位資料輸入（鬧鐘設定）
CLKhour_cnt, //時位資料輸入（鬧鐘設定）
sw8 //開關8的輸入信号
7.CLKcounter_60BCD(clk, rst, couter_o,flag,sw);
功能：在頂層子產品調用，根據輸入的時鐘頻率clk和時|分|秒位資料進行對應的加一計算和進位計算，并在溢出（分秒59加一溢出，時23加一溢出）時傳回一個flag供頂層子產品使用；
couter_o, //數字鬧鐘設定部分的時|分|秒位資料輸出
sw //開關輸入位，作為key的接收變量
四、設計思路(每個子產品的設計思路，文字結合示意圖等進行介紹)
LCD_ON1,LCD_BLON1,LCD_RS1,LCD_RW1,LCD_EN1,LCD_DATA1);
思路：
A.複用兩次分頻子產品clk_gen，産生兩個速度不一樣的時鐘頻——clk_second和clk_second2，分别用來驅動數字時鐘和數字鬧鐘設定；
B.複用三次時鐘控制子產品counter_60BCD：
第一次，用clk_second作為時鐘頻輸入，傳入second_cnt給couter_o作為秒位資料承載，MODULEofCNT設定為60，子產品每溢出一次（即每計數到60個秒），産生一個flag，即flag_min；
第二次，用flag_min作為時鐘頻輸入，傳入minute_cnt給couter_o作為秒位資料承載，MODULEofCNT設定為60，子產品每溢出一次（即每計數到60個分），産生一個flag，即flag_hour；
第三次，用flag_hour作為時鐘頻輸入，傳入hour_cnt給couter_o作為秒位資料承載，MODULEofCNT設定為24，子產品每計數到24個時溢出一次；
C.複用三次鬧鐘控制子產品CLKcounter_60BCD：
第一次，用clk_second2作為時鐘頻輸入，傳入CLKsecond_cnt給couter_o作為秒位資料承載，MODULEofCNT設定為60，sw位傳入key[2]信号，即sw3的狀态信号；
第二次，用clk_second2作為時鐘頻輸入，傳入CLKminute_cnt給couter_o作為秒位資料承載，MODULEofCNT設定為60，sw位傳入key[1]信号，即sw2的狀态信号；
第三次， 用clk_second2作為時鐘頻輸入，傳入CLKhour_cnt給couter_o作為秒位資料承載，MODULEofCNT設定為24，sw位傳入key[0]信号，即sw1的狀态信号；
D.複用LCD屏控制顯示子產品lcd_ori，根據本函數定義的變量複用對應的參數；
E.複用鬧鐘數位管控制顯示子產品CLKseg_display，根據本函數定義的變量複用對應的參數；
F.接下來，編寫了一個狀态機，主要設定并使用了state0、state1、state2等三個狀态；
state0狀态：使用if判斷語句
if(second_cnt==CLKsecond_cnt&&minute_cnt==CLKminute_cnt&&hour_cnt==CLKhour_cnt)
等一個在鬧鐘界面子產品設定的時分秒數列，等到這個數列的時候轉跳到state1或state2，并設定好蜂鳴器鳴響的延時時間到變量cnt_2；
state1、state2：在計數變量cnt_2歸零之前，一直給蜂鳴器管腳輸出高電平，直到計數變量cnt_2歸零，輸出為低電平，停止蜂鳴器鳴響；
A.将年月日以及祝福語分别編寫成字元串，再分别付給變量lcd_buf_first、data_first和lcd_buf_second、data_second；
B.準備好狀态參數常量——
clear_lcd、
set_disp_mode、
disp_on、
shift_down、
write_data_first、
write_data_second；
基于狀态機思想，并用current_state變量承載狀态常量；
C.初始化LCD子產品；
D.clear_lcd狀态， 清屏并光标複位 ；
set_disp_mode: 設定顯示模式：8位2行5x8點陣；
disp_on: 顯示器開、光标不顯示、光标不允許閃爍 ；
shift_down: 文字不動，光标自動右移；data_first指派給lcd_buf_first;
write_data_first、write_data_second: 用于寫入資料
default: 若current_state為其他值，則将current_state置為clear_lcd；
A.複用分頻子產品clk_gen分頻出一個時鐘clk_div，周期約為0.1s；
B.設定一個8位的變量cnt，基于clk_div進行遞加一，并在0到滿位溢出之間循環（滿位溢出時将之歸零，再繼續加一處理）；
C.基于快速遞加一的變量cnt，在每個clk時鐘上升沿來的是時候，取其低三位（八個數位管格位，剛好三位二進制數可以完整表示）進行case處理，
每個case的子狀态中，根據cnt低三位的值，把對應的表示數位管位置的二進制數指派給ledcom，用于選擇數位管格位；再把對應的資料（如秒位資料的低四位second_cnt[3:0]，高四位second_cnt[7:4]等）傳給dis變量； dis的用法是在下一個always子產品裡面，case判斷dis的值，根據dis的值把對應的二進制數傳給seg7變量，用于基于ledcom選擇數位管格位之後，顯示格位裡面的内容；
由此，基于快速跳變的clk時鐘和clk_div時鐘，ledcom的值也不斷地快速變換，由此數位管的每個格位都在被快速地選擇和顯示，于是這樣便是通過了視覺暫留效應，實作了數位管時鐘的顯示；
A.将MODULEofCNT（分别通過/10和%10運算）切成5/2和9/3兩個數，并分别付給變量a和b；
B.通過a和b判斷是對分秒位資料（MODULEofCNT為60）還是對時位資料（MODULEofCNT為24）進行計算；
若是分秒位資料：先對couter_o[7:4]進行判斷，若小于5，則對couter_o[3:0]判斷，若couter_o[3:0]小于9，則couter_o[3:0]資料加一，若couter_o[3:0]不小于于9，則couter_o[3:0]歸零處理，couter_o[7:4]加一；若couter_o[7:4]不小于5，則對couter_o[3:0]判斷，若couter_o[3:0]小于a（9），則couter_o[3:0]資料加一，若couter_o[3:0]不小于于a（9），則couter_o八個位都歸零，并傳回一個溢出進位flag（flag<=1）；
若是時位資料：邏輯同上，隻将b替換為2，将a替換為3進行處理即可；
思路：簡單地基于系統時鐘clk_in以及可複用的參數CLK_DIV實作分頻的功能；
B.（基于sw8的狀态控制切換數位管屏顯示）If語句判斷sw8時候為高電平，如果是，則将CLKsecond_cnt、CLKmimute_cnt、CLKhour_cnt系列資料付給dis變量，如果不是則将second_cnt系統資料付給dis變量；細節處如cnt、ledcom、dis、case（cnt[2:0]）等用法則跟seg_display子產品的設計思路相同；
思路：同counter_60BCD子產品的設計思路；
五、實驗結果
1.開機狀态，初始為數字時鐘界面，下圖為數位管上規則地顯示閃動的時鐘，通過分頻子產品的參數調改可以改變其速度；
LCD屏上顯示具體的日期（年月日）以及祝福語（Wish you happy/happiness——祝你幸福），開關狀态為全數低電平：
2.上推sw8，令之輸出為高電平，數位管即切換到鬧鐘設定界面：
3.上推sw1，令之輸出為高電平，數位管鬧鐘界面上“時”數位持續加一（圖中已加到06）：
4.上推sw2，令之輸出為高電平，數位管鬧鐘界面上“分”數位持續加一（圖中已加到04）：
5.上推sw3，令之輸出為高電平，數位管鬧鐘界面上“秒”數位持續加一（圖中已加到05）：
6.數位管停留在設定鬧鐘界面的時候，數字時鐘一直也在背景跑動，當我們設定完鬧鐘，将開關全數歸為低電平時，數位管界面回切到數字時鐘界面，數字時鐘上的時間到達鬧鐘設計的點時，會啟動蜂鳴器，産生一個時長為三秒（可以在程式中設定時長）的鳴響作為鬧鐘。
六、實驗項目代碼清單
1.Digital_CLK_Top.v
頂層檔案，用于調用諸多要使用的子產品；
2.Tcl_2c35_script1.tcl
管教配置設定的腳本檔案，描述管教的配置設定；
3.lcd_ori.v
LCD屏子產品，實作LCD屏顯示年月日以及祝福語的功能；
4.seg_ex.v
5.seg_display.v
時鐘子產品的數位管顯示的相關子產品檔案；
6.counter_60BCD.v
關于實作時鐘界面顯示的背景數字計算（相關變量的加一和進位操作等）的檔案；
7.clk_gen.v
時鐘分頻子產品，用于實作各種參數頻率的分頻；
8.CLKseg_display.v
鬧鐘子產品的數位管管顯示的相關子產品檔案；
9.CLKcounter_60BCD.v
關于實作鬧鐘界面顯示的背景數字計算（相關變量的加一和進位操作等）的檔案。