如何使用基本VHDL和Basys3板构建秒表

欢迎访问有关如何使用基本VHDL和Basys 3板构建秒表的说明。我们很高兴与您分享我们的项目！这是2016年秋季在SLO的Cal Poly开设的CPE 133课程（数字设计）的最终项目。我们构建的项目是一个简单的秒表，用于启动，重置和暂停时间。它以Basys3板上的三个按钮作为输入，并且时间显示在板的四位数七段显示器上。经过的时间以 seconds：厘秒格式显示。它使用开发板的系统时钟作为输入来跟踪经过的时间，并将时间输出到七段显示器的四位数。

步骤1：材料

该项目所需的材料：

从Xilinx安装了1台装有Vivado Design Suite WebPack的计算机（首选版本2016.2）

1 Digilent Basys3 Xilinx Artix-7 FPGA板

1 USB端口电缆

步骤2：设置输入和输出

上图显示了秒表主模块的顶级框图。秒表接受输入“ CLK”（时钟），“ S1”（开始按钮），“ S2”（暂停按钮）和“ RST”（复位），并具有4位输出“阳极”，7位输出“段”和一位输出“ DP”（小数点）。当输入“ S1”为高时，秒表开始计时。当“ S2”为低时，秒表暂停时间。当“ RST”为高电平时，秒表将停止并重置时间。电路中有四个子模块：时钟分频器，数字计数器，七段显示驱动器和七段显示编码器。秒表主模块将所有子模块链接在一起，并链接到输入和输出。

步骤3：制作时钟

时钟分频器模块接收一个系统时钟，并使用一个除数输入来创建一个不大于系统时钟速度的时钟。秒表使用两个不同的时钟模块，一个创建一个500 Hz的时钟，另一个创建一个100 Hz的时钟。时钟分频器的原理图如上图所示。时钟分频器接收一个位输入“ CLK”，一个32位输入“除数”和一个位输出“ CLKOUT”。 “ CLK”是系统时钟，“ CLKOUT”是结果时钟。该模块还包括一个“非”门，当计数达到除数的值时，它将切换信号“ CLKTOG”。

步骤4：计数到十

数字计数器对从0到10的每个数字进行计数，并为下一个数字创建另一个时钟，以使该数字在计数达到10时振荡。模块接收3个单位输入“ S”， “ RST”和“ CLK”并产生一个单位输出“ N”和一个4位输出“ D”。输入“ S”是输入中的启用。当“ S”为高电平时，时钟打开；当“ S”为低电平时，时钟关闭。 “ RST”是复位输入，因此当“ RST”为高电平时时钟将复位。 “ CLK”是数字计数器的时钟输入。 “ N”是时钟输出，成为下一位数字的输入时钟。输出“ D”表示计数器所在数字的二进制值。

步骤5：显示数字

这七个-segment显示编码器将对从七段显示驱动器模块接收到的二进制数进行编码，并将其转换为比特流，对于每个显示段，该比特流将被解释为“ 1”或“ 0”值。二进制数由模块作为4位输入“数字”接收，并产生7位输出“段”。该模块由一个单例处理块组成，该块为从0到9的每个可能的输入值分配一个特定的7位流。七位流中的每个位代表显示器上数字的七个部分之一。流中各段的顺序为“ abcdefg”，其中“ 0”表示为给定数字点亮的段。

步骤6：如何显示秒表

在七段显示驱动器模块中，有四个4位输入“ D0”，“ D1”，“ D2”和“ D3”，每个输入代表4位数字。被显示。输入“ CLK”是系统的时钟输入。一位输出“ DP”代表七段显示器上的小数点。 4位输出“ Anodes”确定显示七段显示器上的哪个数字，而4位输出“ temp”取决于2位控制输入“ SEL”的状态。该模块使用4个多路复用器作为控制输入“ SEL”和三个输出。 “阳极”，“温度”和“ DP”。

第7步：将它们整合在一起

一个从中运行的‘if’过程块500Hz时钟用于创建开始和暂停按钮。然后，通过声明每个单独的子模块的组件并使用各种信号，将秒表主模块中的所有子模块链接在一起。数字子模块采用前一个数字子模块的时钟输出，第一个采用100Hz时钟。然后，数字子模块的“ D”输出变为七段显示驱动器模块的“ D”输入。最后，七段显示驱动程序模块的“ temp”输出变为七段编码器模块的“ temp”输入。

步骤8：约束

使用3个按钮（W19，T17和U18）输入“ RST”，“ S1”和“ S2”。 W19是重置按钮，T17是开始按钮（S1），而U18是暂停按钮（S2）。还需要使用端口W5限制时钟输入的输入。另外，请记住将此行添加到时钟约束中：

create_clock -add -name sys_clk_pin -period 10.00 -waveform {0 5} ［get_ports {CLK}］

也请链接阳极和电路板上的分段，因此秒表显示在约束文件中所示的七段显示器上。

步骤9：测试

通过按三个按钮来确保设备正常工作：以各种可能的方式推动并按住它们，以便发现代码中可能存在的问题。
责任编辑：wv