实验目的

  • （1）熟悉和掌握FPGA开发流程和Lattice Diamond软件使用方法；
  • （2）通过实验理解和掌握计数器原理；
  • （3）掌握用Verilog HDL数据流和行为级描述寄存器单元的方法。

实验任务

设计简单秒表(60进制），并要求带启动、复位、暂停功能。

实验原理

如下所示，秒表（60进制）即显示从00到59循环跳转计数。并且通过开关设置，达到复位至00，任意时刻暂停和启动的功能。我们通过将开发板的12M晶振分频（参考分频程序）出1Hz的计时频率，实现秒钟的效果。将clk_1s的上升沿作为触发信号计时。通过开发板上的按键开关置零，实现复位功能。通过拨码开关置1或0，实现暂停和启动的功能。


Verilog HDL建模描述

秒表计数器程序清单counter60.v

 
module counter60 
(
input wire clk,rst,           //时钟和复位输入
input wire key,				  //启动暂停按键
output wire [8:0] segment_led_1,segment_led_2    	  //数码管输出
);
 
wire	clk1h;			//1秒时钟
reg	[7:0] cnt;			//计时计数器
reg		flag;			//启动暂停标志
 
divide #				//例化分频器产生1秒时钟信号
(
.WIDTH(24),
.N(12_000_000)
) u1
(
.clk(clk),
.rst_n(rst),
.clkout(clk1h)
);
always @(posedge clk)		//产生标志信号
	if(!rst)
		flag = 1'b0;
	else if(!key)
		flag = ~flag;
	else
		flag = flag;
always @(posedge clk1h )        //产生60进制计数器
	begin	//数码管显示要按照十进制的方式显示
		if(!rst)
			cnt <= 8'h00;		//复位初值显示00
		else if(flag)
			begin
				if(cnt[3:0] == 4'd9)	//个位满九？
					begin
						cnt[3:0] <= 4'd0;	//个位清零
						if(cnt[7:4] == 4'd5 )	//十位满五？
							cnt[7:4] <= 4'd0;	//个位清零
						else
							cnt[7:4] <= cnt[7:4] + 1'b1;	//十位加一
					end
				else cnt[3:0] <= cnt[3:0] + 1'b1;	//个位加一
			end
		else
			cnt <= cnt;
	end
segment u2
(
.seg_data_1		(cnt[7:4]),  //seg_data input
.seg_data_2		(cnt[3:0]),  //seg_data input
.segment_led_1	(segment_led_1),  //MSB~LSB = SEG,DP,G,F,E,D,C,B,A
.segment_led_2	(segment_led_2)   //MSB~LSB = SEG,DP,G,F,E,D,C,B,A
);
endmodule
 
 

其中例化的模块还包括分频模块程序divide.v和数码管segment.v

实验步骤

  1. 打开Lattice Diamond，建立工程。
  2. 新建Verilog HDL设计文件，并键入设计代码。
  3. 根据逻辑综合并分配管脚，在本实验中引脚分配如下：clkin —C1,rstnin—L14,key1—M13,[8:0] segmentled1 — A10~C9,[8:0] segmentled2 —C12~A12
  4. 构建并输出编程文件，烧写至FPGA的Flash之中。
  5. 观察输出结果。

开发板上的两个显示数码管从00至59循环累加。当按键开关L14按下时，计数器复位。在计数过程中，按一次M13计数暂停，再按一次M13正常计数。我们可以通过暂停清零启动的过程达到秒表计数功能。