基于FPGA的数字电子钟的设计与实现

1. 系统顶层模块设计

 

1. 系统功能

基本功能：实现秒、分钟、小时、星期的计数，分频，时分秒检测时钟选择，实现8位数码管显示计数结果。

拓展功能：“6，9”补全，时钟暂停，时钟清零，时钟加杠，星期，整点报时，秒表        的计时、暂停和清零，手动校时，切换模块，按键消抖。

1. 设计思路

本项目大致分为八个模块，分别为计时模块，秒表模块，分频模块，频率选择模块，动态显示模块，位选模块，消抖模块，多种计数器模块等。

设计思路如下：

图1 数字时钟系统顶层模块设计思路

1. 顶层电路设计

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图2 数字时钟系统顶层模块设计电路图

1. 分频模块电路设计及仿真

1. 模块功能

将输入频率为50MHz的时钟信号利用74390通过2，5，100分频，对输入信号进行逐级分频，输出频率分别为1Hz,500Hz,1KHz,5KHz。

1. 设计思路

利用74390和m100进行分频，设计思路如下：

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图3 分频模块电路设计思路

1. 设计结果（电路）

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图4 分频模块设计电路图

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图5 模100电路图

1. 测试结果

结果分析：输出最高位对应800ns,80个时钟周期为0，20个时钟周期为1.m100成功实现了100分频。

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图6 模100时序仿真图

1. 计时模块设计及仿真

本模块主要功能是实现电子时钟计数。

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图7 计时模块顶层设计电路图

1. 1. 分、秒计时模块（模60计数）
2. 模块功能（计数、进位）

采用模60计数，实现计数功能，进位功能，清零功能，校准功能。

1. 设计思路

模60计数器可以由一个含有俩个二-五-十计数器的74390芯片实现，74390最大能做成模100计数器。通过利用计数到60时产生一个复位信号加到清零端，使计数器回0而实现模60计算器。74390芯片为异步计数器，其中60为暂态，60在此对应的BCD码为0110 0000。校准功能则是通过在时钟前加按键实现的。

1. 设计结果（电路）

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图8 模60计数器电路图

1. 仿真测试

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图9 模60计数器时序仿真图

1. 1. 小时计时模块（模24计数）
2. 模块功能

采用模24计数，实现计数功能，进位功能，清零功能，校准功能。

1. 设计思路

模24计数可以由一个含有俩个二-五-十计数器的74390芯片实现，74390最大能做成模100计数器。通过利用计数到24时产生一个复位信号加到清零端，使计数器回0而实现模24计算器。74390芯片为异步计数器，其中24为暂态，24在此对应的BCD码为0010 0100。校准功能则是通过在时钟前加按键实现的。

1. 设计结果（电路）

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图10 模24计数器电路图

1. 仿真测试

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图11 模24计数器时序仿真图