FPGA小脚丫开发板实现数字时钟，具备调时、整点报时、闹钟功能（含verilog代码）_使用小脚丫fpga开发板设计简易数字时钟

作者：知新_RL | 2024-06-12 21:35:35

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使用小脚丫fpga开发板设计简易数字时钟

一、实现功能

1. 能正常完成时钟的时、分、秒走时；

2. 使用LED闪烁或者改变颜色等方式实现秒的指示，要求闪烁频率或者颜色切换频率为1Hz；

3. 使用两位七段数码管显示时和分，其切换方式为：默认显示“分钟”，按住K4键显示“小时”，按下K3显示秒针；

4. 关上开关sw2，使用K1和K2键调整时间，分别为“+”和“-”，则K1和K2调整“分钟”，当K4按下，则K1和K2调整“小时”，当K3按下，则K1和K2调整“秒针”；

5. 整点报时：当时间到达每个整点，则全彩LED以某种固定颜色按1Hz频率闪烁相应次数（按24小时制）；

6. 闹钟设置，将sw3开关设置为1，开始设置固定时钟和分钟，当时间计时到达时，八个led灯闪烁一分钟；

二、实验

1.整体结构

2.主函数


// Module Function:时钟设计
 
module time_clock (clk,rst,seg_led_1,seg_led_2,led,key,sw2,sw3,led_rgb1,led_rgb2);
 
    input clk,rst;
    input [3:0]key;
    input sw2,sw3;
    output reg [8:0] seg_led_1;
    output reg [8:0] seg_led_2;    
 
    output reg [7:0] led;
    output reg [2:0] led_rgb1=3'b 111;
    output reg [2:0] led_rgb2=3'b 111;
    
        
        reg   [3:0] cnt1 ;                               //定义了一个4位的计数器
        reg   [3:0] count1;
        reg   [3:0] count_set_1;
        reg   [3:0] cnt2 ;
        reg   [3:0] count2;
        reg   [3:0] count_set_2;
        reg   [3:0] cnt3 ;                               //定义了一个4位的计数器
        reg   [3:0] count3;
        reg   [3:0] count_set_3;
        reg   [3:0] cnt4 ;
        reg   [3:0] count4;
        reg   [3:0] count_set_4;
        reg   [3:0] cnt5 ;                               //定义了一个4位的计数器
        reg   [3:0] count5;
        reg   [3:0] count_set_5;
        reg   [3:0] cnt6 ;
        reg   [3:0] count6;
        reg   [3:0] count_set_6;
        reg   [30:0]count_1s;
        reg   [30:0]count_05s;
        reg [15 : 0] count;
        reg [15 : 0] count0;
        reg [8:0] seg [9:0]; 
     
 
        wire clk1s;                                     //定义一个中间变量，表示分频得到的时钟，用作计数器的触发        
        
        
        //间隔脉冲模块，产生一个   秒针    时钟信号
        parameter N1 = 12000000;
    always@(posedge clk) begin
    if(!rst) 
        count_1s <= 0;
    else if(count_1s == N1-1)
        count_1s<=0;
    else
        count_1s<= count_1s + 1;
    end
    //间隔脉冲模块，产生一个调整  间隔     信号时钟信号
    parameter N2 = 1500000;
    always@(posedge clk) begin
    if(!rst) 
        count_05s <= 0;
    else if(count_05s == N2-1)
        count_05s<= 0;
    else
        count_05s<= count_05s + 1;
    end
 
       
     
    divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) u2 (         //传递参数
            .clk(clk),
            .rst_n(rst),                   //例化的端口信号都连接到定义好的信号
            .clkout(clk1s)
            );   
 
     
     
       always @(posedge clk or negedge rst)
begin
            
            if (!rst) //---------------------------------------------异步清零
                 begin
                    cnt1 <= 0;
                    cnt2<=0;
                    cnt3 <= 0;
                    cnt4<=0;
                    cnt5 <= 0;
                    cnt6<=0;
                 end
            //----------------------------------------开始计时
        else
        begin
            if(sw2==1)//sw2调整时间的开关   1：开始计时   0：调整时间    sw3为闹钟设置开关 设置闹钟模式sw3：1  退出设置闹钟模式sw3：0 
            begin
                            if(count_1s==N1-1 )
                                begin
                                //秒
                                     if((cnt2==5)&&(cnt1==9))
                                        begin
                                            cnt1<=0;
                                            cnt2<=0;
                                        //分钟
                                            if((cnt4==5)&&(cnt3==9))
                                                begin
                                                    cnt3<=0;
                                                    cnt4<=0;
                                                    //小时
                                                    if((cnt6==2)&&(cnt5==3))
                                                        begin
                                                        cnt5<=0;
                                                        cnt6<=0;
                                                        end
                                                    else if(cnt5==9)
                                                        begin
                                                        cnt5<=0;
                                                        cnt6<=cnt6+1;
                                                        end
                                                     else
                                                        begin
                                                        cnt5<=cnt5+1;
                                                        end
                                                    //小时
                                                end
                                            else if(cnt3==9)
                                                begin
                                                cnt3<=0;
                                                cnt4<=cnt4+1;
                                                end
                                             else
                                                begin
                                                cnt3<=cnt3+1;
                                                end
                                        end
                                        //分钟
                                    else if(cnt1==9)
                                        begin
                                        cnt1<=0;
                                        cnt2<=cnt2+1;
                                        end
                                     else
                                        begin
                                        cnt1<=cnt1+1;
                                        end
                                        
                                //秒
                                end
                            
                    
                           
            end
            //-------------------------------------------------------------------暂停调整时间
            if(sw2==0 && sw3==0)
            begin
                if(key[2]==1 && key[3]==1)//-----------------------------------------------调整分针
                    begin
                        if(  key[0]==0 )
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if((cnt4==5)&&(cnt3==9))
                                            begin
                                            cnt3<=0;
                                            cnt4<=0;
                                            end
                                    else if(cnt3==9 )
                                            begin
                                            cnt3<=0;
                                            cnt4<=cnt4+1;
                                            end
                                    else
                                            begin
                                            cnt3<=cnt3+1;
                                            end
                                end
                                
                                
                            end
                        else if(key[1]==0)
                         
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if(cnt3==0 && cnt4==0)
                                        begin
                                        cnt3<=9;
                                        cnt4<=5;
                                        end
                                    else if(cnt3==0)
                                        begin
                                        cnt3<=9;
                                        cnt4<=cnt4-1;
                                        end
                                    else
                                        cnt3<=cnt3-1;
                                end
                            
                    end
                    else
                        begin
                        cnt3<=cnt3;
                        cnt4<=cnt4;
                        end
                    end
            
                else if(key[2]==1 && key[3]==0)//-----------------------------------------------调整时针
                    begin
                        if(  key[0]==0 )
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if((cnt6==2)&&(cnt5==3))
                                            begin
                                            cnt5<=0;
                                            cnt6<=0;
                                            end
                                    else if(cnt5==9)
                                            begin
                                            cnt5<=0;
                                            cnt6<=cnt6+1;
                                            end
                                    else
                                            begin
                                            cnt5<=cnt5+1;
                                            end
                                end
                            end
                        else if(key[1]==0)
                         
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if(cnt5==0 && cnt6==0)
                                        begin
                                        cnt5<=3;
                                        cnt6<=2;
                                        end
                                    else if(cnt5==0)
                                        begin
                                        cnt5<=9;
                                        cnt6<=cnt6-1;
                                        end
                                    else
                                        cnt5<=cnt5-1;
                                end
                                
                            end
                        else
                            begin
                            cnt5<=cnt5;
                            cnt6<=cnt6;
                            end
                    end
                else if(key[2]==0 && key[3]==1)//-----------------------------------------------调整秒针
                    begin
                        if(  key[0]==0 )
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if((cnt2==5)&&(cnt1==9))
                                            begin
                                            cnt1<=0;
                                            cnt2<=0;
                                            end
                                    else if(cnt1==9)
                                            begin
                                            cnt1<=0;
                                            cnt2<=cnt2+1;
                                            end
                                    else
                                            begin
                                            cnt1<=cnt1+1;
                                            end
                                end
                            end
                        else if(key[1]==0)
                         
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if(cnt1==0 && cnt2==0)
                                        begin
                                        cnt1<=9;
                                        cnt2<=5;
                                        end
                                    else if(cnt1==0)
                                        begin
                                        cnt1<=9;
                                        cnt2<=cnt2-1;
                                        end
                                    else
                                        cnt1<=cnt1-1;
                                end
                                
                            end
                        else
                            begin
                            cnt1<=cnt1;
                            cnt2<=cnt2;
                            end
                    end
 
                
 
            end
            //-----------------------------------------------设置闹钟 
         
            if(sw3==1 )
            begin
                if(key[2]==1 && key[3]==1)//-----------------------------------------------调整分针
                    begin
                        if(  key[0]==0 )
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if((count_set_4==5)&&(count_set_3==9))
                                            begin
                                            count_set_3<=0;
                                            count_set_4<=0;
                                            end
                                    else if(count_set_3==9 )
                                            begin
                                            count_set_3<=0;
                                            count_set_4<=count_set_4+1;
                                            end
                                    else
                                            begin
                                            count_set_3<=count_set_3+1;
                                            end
                                end
                                
                                
                            end
                        else if(key[1]==0)
                         
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if(count_set_3==0 && count_set_4==0)
                                        begin
                                        count_set_3<=9;
                                        count_set_4<=5;
                                        end
                                    else if(count_set_3==0)
                                        begin
                                        count_set_3<=9;
                                        count_set_4<=count_set_4-1;
                                        end
                                    else
                                        count_set_3<=count_set_3-1;
                                end
                            
                    end
                    else
                        begin
                        count_set_3<=count_set_3;
                        count_set_4<=count_set_4;
                        end
                    end
            
                else if(key[2]==1 && key[3]==0)//-----------------------------------------------调整时针
                    begin
                        if(  key[0]==0 )
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if((count_set_6==2)&&(count_set_5==3))
                                            begin
                                            count_set_5<=0;
                                            count_set_6<=0;
                                            end
                                    else if(count_set_5==9)
                                            begin
                                            count_set_5<=0;
                                            count_set_6<=count_set_6+1;
                                            end
                                    else
                                            begin
                                            count_set_5<=count_set_5+1;
                                            end
                                end
                            end
                        else if(key[1]==0)
                         
                            begin
                                if(count_05s==N2-1)
                                begin
                                    if(count_set_5==0 && count_set_6==0)
                                        begin
                                        count_set_5<=3;
                                        count_set_6<=2;
                                        end
                                    else if(count_set_5==0)
                                        begin
                                        count_set_5<=9;
                                        count_set_6<=count_set_6-1;
                                        end
                                    else
                                        count_set_5<=count_set_5-1;
                                end
                                
                            end
                        else
                            begin
                            count_set_5<=count_set_5;
                            count_set_6<=count_set_6;
                            end
            
                    end
            
            
            end
 
        end         
end
 //--------------------------------------------------------------------数码管显示
        
                                //在过程块中只能给reg型变量赋值，Verilog中有两种过程块always和initial
    initial                                                      //initial和always不同，其中语句只执行一次
        begin
          seg[0] = 9'h3f;                                           //对存储器中第一个数赋值9'b00_0011_1111,相当于共阴极接地，DP点变低不亮，7段显示数字  0
          seg[1] = 9'h06;                                           //7段显示数字  1
          seg[2] = 9'h5b;                                           //7段显示数字  2
          seg[3] = 9'h4f;                                           //7段显示数字  3
          seg[4] = 9'h66;                                           //7段显示数字  4
          seg[5] = 9'h6d;                                           //7段显示数字  5
          seg[6] = 9'h7d;                                           //7段显示数字  6
          seg[7] = 9'h07;                                           //7段显示数字  7
          seg[8] = 9'h7f;                                           //7段显示数字  8
          seg[9] = 9'h6f;                                           //7段显示数字  9
     end
always @(posedge clk)
begin 
    if(sw3==0)
    begin
        if(key[2]==1 && key[3]==0)
            begin
            count5<=cnt5;
            count6<=cnt6;
            seg_led_1<=seg[count6];
            seg_led_2<=seg[count5]; 
    
            end
        else if(key[2]==0 && key[3]==1)
        begin
            count1<=cnt1;
            count2<=cnt2;
            seg_led_1<=seg[count2];
            seg_led_2<=seg[count1]; 
        end
        else
        begin
            count4<=cnt4;
            count3<=cnt3;
            seg_led_1<=seg[count4];
            seg_led_2<=seg[count3]; 
        end
    end
    else
    begin
        if(key[2]==1 && key[3]==0)
            begin
            count5<=count_set_5;
            count6<=count_set_6;
            seg_led_1<=seg[count6];
            seg_led_2<=seg[count5]; 
    
            end
        else if(key[2]==0 && key[3]==1)
        begin
            count1<=count_set_1;
            count2<=count_set_2;
            seg_led_1<=seg[count2];
            seg_led_2<=seg[count1]; 
        end
        else
        begin
            count4<=count_set_4;
            count3<=count_set_3;
            seg_led_1<=seg[count4];
            seg_led_2<=seg[count3]; 
        end
    end
    
end
 
//--------------------------------------------整点--三色灯闪烁
always @(posedge clk1s)
begin
    led_rgb2[0]<=~led_rgb2[0];//--------------------------------------------三色灯秒钟闪烁
    if(cnt3==0 && cnt4==0)
        begin
            led_rgb1[0]<=~led_rgb1[0];
        end
    else
        begin
            led_rgb1[0]<=1;
            
        end
        
 
end
//-------------------------------------------闹钟闪烁
always @(posedge clk1s)
begin
    if(count_set_3 == cnt3 && count_set_4 == cnt4 && count_set_5 == cnt5 &&  count_set_6 == cnt6)
    begin
            
            led<=~led;
    end  
    else
    begin
            led<=8'b 11111111;
    end
end
 
  
endmodule

3.分频器


 
// Module Function:任意整数时钟分频
 
module divide (	clk,rst_n,clkout);
 
        input 	clk,rst_n;                       //输入信号，其中clk连接到FPGA的C1脚，频率为12MHz
        output	clkout;                          //输出信号，可以连接到LED观察分频的时钟
 
        //parameter是verilog里常数语句
	parameter	WIDTH	= 24;             //计数器的位数，计数的最大值为 2**WIDTH-1
	parameter	N	= 12_000_000;             //分频系数，请确保 N < 2**WIDTH-1，否则计数会溢出
 
	reg 	[WIDTH-1:0]	cnt_p,cnt_n;     //cnt_p为上升沿触发时的计数器，cnt_n为下降沿触发时的计数器
	reg			clk_p,clk_n;     //clk_p为上升沿触发时分频时钟，clk_n为下降沿触发时分频时钟
 
	//上升沿触发时计数器的控制
	always @ (posedge clk or negedge rst_n )         //posedge和negedge是verilog表示信号上升沿和下降沿
                                                         //当clk上升沿来临或者rst_n变低的时候执行一次always里的语句
		begin
			if(!rst_n)
				cnt_p<=0;
			else if (cnt_p==(N-1))
				cnt_p<=0;
			else cnt_p<=cnt_p+1;             //计数器一直计数，当计数到N-1的时候清零，这是一个模N的计数器
		end
 
         //上升沿触发的分频时钟输出,如果N为奇数得到的时钟占空比不是50%；如果N为偶数得到的时钟占空比为50%
         always @ (posedge clk or negedge rst_n)
		begin
			if(!rst_n)
				clk_p<=0;
			else if (cnt_p<(N>>1))          //N>>1表示右移一位，相当于除以2去掉余数
				clk_p<=0;
			else 
				clk_p<=1;               //得到的分频时钟正周期比负周期多一个clk时钟
		end
 
        //下降沿触发时计数器的控制        	
	always @ (negedge clk or negedge rst_n)
		begin
			if(!rst_n)
				cnt_n<=0;
			else if (cnt_n==(N-1))
				cnt_n<=0;
			else cnt_n<=cnt_n+1;
		end
 
        //下降沿触发的分频时钟输出，和clk_p相差半个时钟
	always @ (negedge clk)
		begin
			if(!rst_n)
				clk_n<=0;
			else if (cnt_n<(N>>1))  
				clk_n<=0;
			else 
				clk_n<=1;                //得到的分频时钟正周期比负周期多一个clk时钟
		end
 
        assign clkout = (N==1)?clk:(N[0])?(clk_p&clk_n):clk_p;      //条件判断表达式
                                                                    //当N=1时，直接输出clk
                                                                    //当N为偶数也就是N的最低位为0，N（0）=0，输出clk_p
                                                                    //当N为奇数也就是N最低位为1，N（0）=1，输出clk_p&clk_n。正周期多所以是相与
endmodule

4.广角分配

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