基于FPGA的简易计时闹钟设计Verilog代码VIVADO仿真

名称：基于FPGA的简易计时闹钟设计Verilog代码VIVADO仿真

软件：VIVADO

语言：Verilog

代码功能：

简易计时闹钟：有四位数码管，前两位计分钟，表示00~99分钟，后面两位记秒，值为00~59秒。有三个按键，第一个是分键，第二个是秒键，第三个是启动/暂停键。

功能：分秒两键同时按下清零且停止计时，外于设置态，按一次分键分钟加1， 99增1变为0；按一次秒键秒增1，59增1变为0。

此状态下按启动/暂停键开始计时，设置值为0000则为正计时，设置值为非零值则为倒计时。

正计时时，按启动/暂停键会暂停计时，再按启动/暂停键则会继续计时。

倒计时时，减到零时停止减数且发出警示蜂鸣声，直到启动/暂停键被按下时进入设置态且同时显示前设置值和停止发出蜂鸣声。

FPGA代码Verilog/VHDL代码资源下载：www.hdlcode.com

演示视频：

设计文档：

1. 工程文件

2. 程序文件

3. 程序编译

4. Testbench

5. 仿真图

整体仿真图

同时按下分秒按键，进入设置态，设置00：00，进入正计时

暂停

继续正计时

同时按下分秒按键，进入设置态，设置02：02，进入倒计时

倒计时

倒计时结束，蜂鸣器信号拉高

再按下启动/暂停键停止蜂鸣器发声

部分代码展示:

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2019/12/12 21:43:12
// Design Name: 
// Module Name: timer
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//简易计时闹钟：有四位数码管，前两位计分钟，表示00~99分钟，后面两位记秒，值为00~59秒。
//有三个按键，第一个是分键，第二个是秒键，第三个是启动/暂停键。
//功能：分秒两键同时按下清零且停止计时，外于设置态，按一次分键分钟加1， 99增1变为0；按一次秒键秒增1，59增1变为0。
//此状态下按启动/暂停键开始计时，设置值为0000则为正计时，设置值为非零值则为倒计时。
//正计时时，按启动/暂停键会暂停计时，再按启动/暂停键则会继续计时。
//倒计时时，减到零时停止减数且发出警示蜂鸣声，直到启动/暂停键被按下时进入设置态且同时显示前设置值和停止发出蜂鸣声。
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module timer(clk,KEY_1,KEY_2,KEY_3,hummer,min_ten_display,min_one_display,sec_ten_display,sec_one_display);
input clk;//时钟1Hz
input KEY_1;//分键，为1表示按下
input KEY_2;//秒键，为1表示按下
input KEY_3;//启动/暂停键，为1表示按下
output hummer;//蜂鸣器，为1表示响
//数码管
output  [7:0] min_ten_display;//分钟十位
output  [7:0] min_one_display;//分钟个位
output  [7:0] sec_ten_display;//秒钟十位
output  [7:0] sec_one_display;//秒钟个位
reg [7:0] min_ten_display;//分钟十位
reg [7:0] min_one_display;//分钟个位
reg [7:0] sec_ten_display;//秒钟十位
reg [7:0] sec_one_display;//秒钟个位
//定义状态
reg [2:0] current_state=3'd0;
reg [2:0] next_state=3'd0;
parameter S_Begin=3'd0;
parameter S_CLR=3'd1;//清零
parameter S_Setting=3'd2;//设置态
parameter S_Start=3'd3;//启动
parameter S_Positive=3'd4;//正计时
parameter S_Negedge=3'd5;//倒计时
parameter S_Pause=3'd6;//暂停
parameter S_Quit=3'd7;//停止
reg [3:0] minute_tens=4'd0;//分钟十位
reg [3:0] minute_ones=4'd0;//分钟个位
reg [3:0] second_tens=4'd0;//秒钟十位
reg [3:0] second_ones=4'd0;//秒钟个位
reg [3:0] minute_tens_buf=4'd0;//分钟十位
reg [3:0] minute_ones_buf=4'd0;//分钟个位
reg [3:0] second_tens_buf=4'd0;//秒钟十位
reg [3:0] second_ones_buf=4'd0;//秒钟个位
//三段式状态机设计
//第一段
always@(posedge clk)
current_state<=next_state;
//第二段
always@(*)
    case(current_state)
        S_Begin:
            if(KEY_1==1 && KEY_2==1)//2键同时按下
                next_state=S_CLR;//清零
            else
                next_state=S_Begin;
        S_CLR:
            next_state=S_Setting;//设置态
        S_Setting:
            if(KEY_3==1)//启动暂停键
                if(minute_tens==4'd0 && minute_ones==4'd0 && second_tens==4'd0 && second_ones==4'd0)//设置值为0000则为正计时
                    next_state=S_Positive;//设置值为0000则为正计时
                else
                    next_state=S_Negedge;//设置值为非零值则为倒计时
             else
                next_state=S_Setting;//设置态
        S_Positive:
            if(KEY_3==1)//启动暂停键
                next_state=S_Pause;//暂停计时
            else if(KEY_1==1 && KEY_2==1)//2键同时按下
                next_state=S_CLR;//清零
            else
                next_state=S_Positive;//正计时    
        S_Negedge:
            if(minute_tens==4'd0 && minute_ones==4'd0 && second_tens==4'd0 && second_ones==4'd0)//减到0时
                next_state=S_Quit;//停止计时
            else
                next_state=S_Negedge;
        S_Pause:
            if(KEY_3==1)//启动暂停键
                next_state=S_Positive;//正计时
            else
                next_state=S_Pause;//暂停计时        
S_Quit:
            if(KEY_3==1)//启动暂停键
                next_state=S_Setting;//设置态
            else
                next_state=S_Quit;//停止
        default:;
    endcase
//第三段
always@(posedge clk)
case(current_state)
    S_CLR:begin//清零
        minute_tens<=4'd0;
        minute_ones<=4'd0;
        second_tens<=4'd0;
        second_ones<=4'd0;
        end
    S_Setting:begin//设置时间
            minute_tens_buf<=minute_tens;//分钟十位
            minute_ones_buf<=minute_ones;//分钟个位
            second_tens_buf<=second_tens;//秒钟十位
            second_ones_buf<=second_ones;//秒钟个位
        if(KEY_1==1)//分
begin
            if(minute_tens==4'd9 && minute_ones==4'd9)//到99清零
begin
minute_tens<=4'd0;
minute_ones<=4'd0;
end
            else if(minute_ones==4'd9)//个位到9，十位加1
begin
minute_tens<=minute_tens+4'd1;
minute_ones<=4'd0;
end
else
begin
minute_tens<=minute_tens;
minute_ones<=minute_ones+4'd1;//个位加1
end
        end
        if(KEY_2==1)//秒
begin
            if(second_tens==4'd5 && second_ones==4'd9)//到59清零
begin
second_tens<=4'd0;
second_ones<=4'd0;
end
            else if(second_ones==4'd9)//个位到9，十位加1
begin
second_tens<=second_tens+4'd1;
second_ones<=4'd0;
end
else
begin
second_tens<=second_tens;
second_ones<=second_ones+4'd1;//个位加1
end
        end
        end
    S_Positive://正计时
         if(minute_tens==4'd9 && minute_ones==4'd9 && second_tens==4'd5 && second_ones==4'd9)begin//99分59秒时清零
minute_tens<=4'd0;
minute_ones<=4'd0;
second_tens<=4'd0;
second_ones<=4'd0;
end
         else if(minute_ones==4'd9 && second_tens==4'd5 && second_ones==4'd9) begin//x9:59时分钟十位加1，其他清零
minute_tens<=minute_tens+4'd1;
minute_ones<=4'd0;
second_tens<=4'd0;
second_ones<=4'd0;
end
         else if(second_tens==4'd5 && second_ones==4'd9) begin//59秒时分钟个位加1，秒清零
minute_tens<=minute_tens;
minute_ones<=minute_ones+4'd1;

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