基于VHDL語(yǔ)言的超長(cháng)時(shí)間定時(shí)器設計及實(shí)現

引言

　　傳統的定時(shí)器硬件連接比較復雜，可靠性差，而且計時(shí)時(shí)間短，難以滿(mǎn)足需要。本設計采用可編程芯片和VHDL語(yǔ)言進(jìn)行軟硬件設計，不但可使硬件大為簡(jiǎn)化，而且穩定性也有明顯提高。由于可編程芯片的頻率精度可達到50 MHz，因而計時(shí)精度很高。本設計采用逐位設定預置時(shí)間，其最長(cháng)時(shí)間設定可長(cháng)達99小時(shí)59分59秒。完全可以滿(mǎn)足用戶(hù)的需要，使用也更為方便。

　　
1 系統原理

　　本定時(shí)器的核心器件為EP1C6Q240C8芯片。該芯片有選位、置位、啟動(dòng)、復位、倒計時(shí)等功能，顯示采用2個(gè)3位LED數碼管，并采用共陰接法，可以動(dòng)態(tài)掃描顯示。其系統原理如圖1所示。

　　
2 硬件設計

　　本系統共有兩大模塊，分別為控制／定時(shí)模塊和顯示模塊。其中控制／定時(shí)模塊包括按鍵的功能定義和計時(shí)的邏輯定義。顯示模塊則包括片選模塊、位掃描模塊和數碼管譯碼模塊。

　　設計時(shí)可將秒信號輸入控制／定時(shí)模塊，此時(shí)系統將輸出六個(gè)四位BCD碼，以分別表示時(shí)、分、秒位。在預置數時(shí)，計數器可以秒的速度遞增，從而實(shí)現逐位預置數；而在定時(shí)倒計數時(shí)，計數器可以秒的速度遞減，從而實(shí)現倒計時(shí)。系統中的位選擇器用于對六位進(jìn)行循環(huán)掃描輸出，并將掃描輸出送到譯碼器。譯碼器模塊可對輸入的四位進(jìn)行譯碼，同時(shí)在設置數值時(shí)用6個(gè)LED燈分別指示其所設置的位。

　　該系統硬件由兩部分組成，一部分是EPlC6Q240C8芯片，另一部分是按鍵，譯碼器，LED數碼管，發(fā)光二極管及可編程芯片的支持電路。圖2所示是其AAA控制定時(shí)模塊的引腳排列。其主要功能引腳的定義如下：

　　Setw(置位鍵)：用于選定定時(shí)器所需定時(shí)的對應位。發(fā)光二極管對應七段數碼管設置，當選定對應的位時(shí)，相應的發(fā)光二極管亮；

　　Set(置數鍵)：用于設置選定位的具體數值；

　　Start鍵：用于設定好時(shí)間后啟動(dòng)秒表計時(shí)?？赏ㄟ^(guò)軟件使start按鍵經(jīng)過(guò)鎖存器后進(jìn)人AAA模塊。Start觸發(fā)后可產(chǎn)生持續的高電平；

　　ALM(揚聲器)：可在計時(shí)結束時(shí)發(fā)聲報警；

　　Clr(清零鍵)：用于計時(shí)器的清零復位；

　　七段數碼管用于顯示定時(shí)數字，set模塊用控制數碼管的掃描頻率。

3 主要模塊軟件程序

　　圖3所示是該定時(shí)器的軟件系統構成。本軟件包括控制／定時(shí)模塊和顯示模塊兩大部分。

　　3.1 控制／定時(shí)模塊

　　AAA控制／定時(shí)模塊是該定時(shí)器的核心部分，該模塊的程序流程圖如圖4所示。

　　當START為高電平時(shí)，該定時(shí)器將進(jìn)入倒計時(shí)階段。當CLK脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，計數以秒的速度減1，直到計時(shí)結束，使ALM位為高電平為止。CLR為復位端，可用來(lái)清零，通常采用異步復位方式。SETW用于選位，高電平有效。SET用于對選定的位進(jìn)行置數，也是高電平有效。ALM輸出端將在定時(shí)結束時(shí)產(chǎn)生高電平。Q0～Q5為四位BCD碼輸出端口，主要用于顯示。

3.2 顯示模塊

　　通過(guò)XUAN模塊可完成BCD碼的轉化，再經(jīng)DISP模塊譯碼．然后輸出給七段數碼管。

　　(1)XUAN模塊

　　XUAN可產(chǎn)生四位BCD碼輸入，并從sel端輸出。該模塊的管腳圖如圖5所示。其源程序代碼如下：

　　(2)DISP模塊

　　DISP模塊主要用于譯碼，可定義七段數碼管顯示的數字。其源程序如下：

4 系統仿真及結果

　　圖6所示是對AAA控制／定時(shí)模塊的仿真結果。由此結果可見(jiàn)，當setw置“1”時(shí)，statea位選從0到5循環(huán)，分別代表六個(gè)數碼管的位置。當start置“1”時(shí)，q5-q0進(jìn)行借位減法。q5、q4表示小時(shí)，最高可到99小時(shí)；q3、q2表示分鐘，最高59分鐘；q1、q0表示秒，最高為59秒。

　　
5 結束語(yǔ)

　　本設計從總體要求出發(fā)，采用模塊化設計方法，實(shí)現了長(cháng)達99小時(shí)的定時(shí)設計。同時(shí)采用QuartusⅡ4.0仿真環(huán)境進(jìn)行了仿真。結果證明，本系統可以實(shí)現理想的定時(shí)操作而且設計體現了人性化，具有較強的實(shí)際應用價(jià)值。