基于fpga的数字时钟设计应用

一、 功能描述

本工程包括矩阵键盘和数码管显示模块，共同实现一个带有闹钟功能、可以设置时间的数字时钟。具体功能如下：

1. 数码管可以显示时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位、秒个位。

2. 上电后，数码管显示000000，并开始每秒计时。

3. 按下按键0进入时间设置状态。再按下按键0退出时间设置状态，继续计时。

4. 在时间设置状态，通过按键1来选择设置的时间位，在0~5之间循环选择。

5. 在时间设置状态，通过按键2来对当前选择的时间位进行加1。

6. 在计时状态下，按下按键14，进入闹钟时间点设置状态。再按下按健15，退出闹钟设置状态。

7. 在闹钟设置状态，按下按键13选择设置的时间位，此时可以按下所需要的按键序号设置对应闹钟时间。

8. 当前时间与所设置的时间点匹配上了，蜂鸣器响应5秒。

二、 平台效果图

三、 实现过程

首先根据所需要的功能，列出工程顶层的输入输出信号列表。

我们把工程分成四个模块，分别是数码管显示模块，矩阵键盘扫描模块，时钟计数模块，闹钟设定模块。

1.数码管显示模块

本模块实现了将时钟数据或者闹钟数据显示到七段译码器上的功能。

七段译码器引脚图：

根据七段译码器的型号共阴极或者共阳极，给予信号0或1点亮对应的led灯，一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选（a，b，c，d，e，f，g，dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为00111111，即；共阳数码管的字符编码为11000000。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

本模块采用6个七段译码器显示闹钟小时分钟秒位，使用一个计数器不停计数0-5，每个数字代表一个七段译码器，在对应的七段译码器给予对应的字符编码，以此达到扫描数码管显示数据的功能。

信号列表如下：

2.矩阵键盘扫描模块

本次案例万年历使用的是4x4矩阵键盘，本模块就是实现了矩阵键盘的扫描并使用以及按键消抖功能。通过行扫描法得到按下的键的位置信息。

信号列表如下：

3.时钟计数模块

本模块实现了时钟计数功能，按键1按下则进入时钟数字调节界面，此时利用按键2来位选，按键3来调节数字，按一次按键3则加1，再次按下按键1则恢复计数。

信号列表如下：

4.闹钟设定模块

本模块实现了设定闹钟时间功能，按下按键14则进入闹钟时间设定界面，此时利用按键13来位选，然后按下对应的按键则设定对应的数字，按下按键15则退出闹钟设定界面，当时钟数据和闹钟数据相同时，也就是到达设定时间时，蜂鸣器响5s。

信号列表如下：

四、代码设计