摘 要

本文设计一个基于FPGA和DS1302芯片的多功能数字钟，用数码管显示时间。 本设计采用EDA技术，以硬件描述语言Verilog HDL为系统逻辑描述语言设计文件，使用了Quartus11作为编程软件。采用了自顶向下的设计方式，各个模块功能清晰，易于修改及扩展功能。 

系统由消抖模块、分频模块、功能模块、显示以及组成。共用8个数码管来显示结果，在仿真的时候，各个按键都能正常工作，并且输出的数值符合我们的预计，然后在开发板上进行调试，本设计能够完成时、分、秒、星期的分别显示等要求，当我们按下按键，数码管都会正常的显示我们需要的数据。具有调整时间，整点报时、闹钟功能。经仿真及实物验证，这次设计能满足需求，并且完成了预定的所有功能。

关键词：DS1302，Verilog HDL，FPGA

Abstract

In this article, a design based on the FPGA and DS1302 chip multifunction digital clock, 24-hour cycle; proofreading. This design uses EDA technology and hardware description language Verilog HDL logic description language for the system design documents in the Quartus11 tool software environment, using top-down design methodology, work together to build an FPGA-based digital clock by each basic module.

System consists elimination buffeting module, frequency module, function modules, displays and components. Compiled and designed simulation program on a programmable logic device download validation, when this system is able to complete the hours, minutes and seconds are displayed, press calibration, the whole point timekeeping, alarm clock function..According to the simulation and actual object,it works well.

Key Words：DS1302，Verilog HDL，FPGA

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题意义与研究现状 1

1.2 国内外研究及趋势 1

第2章 软件及语言介绍 3

2.1 Quartus II介绍 3

2.2 Verilog介绍 4

第3章 芯片布置及介绍 6

3.1 总芯片设计 6

3.2 DS1302芯片 6

3.3 FPGA芯片 9

第4章 模块设计 12

4.1 分频模块 12

4.2 消抖模块 13

4.3 功能转换 14

4.4 数码管设计 15

4.5 硬件设计 18

第5章 仿真及实物结果 21

第6章 总结 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 选题意义与研究现状

当我们清晨起来，做的第一件事就是看时间。目前使用的数字钟相对于机械表而言，不仅造价简单，而且报时准确，所以在我们生活中得到了广泛运用。 

FPGA的出现，不仅使得电子系统向集成化、大规模和高速度改变， 而且更加使芯片级实现任意数字逻辑电路成为可能，从而可以简化硬件电路，快速的设计出各种电路。所以PFGA技术对硬件电路有很大的意义。这次设计采用了自顶向下的设计方法，使用开发板做硬件测试平台^[1]，由于FPGA是可以编程的逻辑器件，所以我们不用担心器件的限制。

数字化的电子表渐渐取代了机械表，这不是偶然。虽然机械表在高端市场上有着不可撼动的地位，但是对于普通老板姓而言，还是电子表更方便，它不仅

具有很高的精度，而且体积也很小巧。我们可以很方便的带在身上。在很多场合都得到了青睐，简单的数字更易于观察，对我们而言看数字比看指针一个个动简单多了。

本课题使用Cyclone IV的FPGA器件，完成实现一个可以计时的数字时钟。该系统具有显示时、分、秒，智能闹钟等功能。可以极大的方便我们的生活。

1.2 国内外研究及趋势 

随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。 

近代世界钟表的第三次革命是由电子表发动的，它改变了人们的传统习惯，给我们带来了更加准确的时间。第一次革命代表机械钟或表，它利用了摆线原理，在一定程度上代表了当时科技的最高水平。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，石英电子钟表从此诞生，是钟表的精确度有了质变。第三次革命就是FPGA芯片数码计时技术的应用，使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，极大的提高的计时精度，并且诸如闹钟、整点报时之类的功能也孕育而生。丰富了电子钟的功能^[2]。

我国生产的电子钟大多是基于硬件电路的，目前基于单片机的电子钟比较多，但是基于FPGA的电子钟性能也比较强劲，这里我们使用FPGA芯片来开发电子钟，FPGA芯片价格稍贵，但它的性能比单片机强大。开发起来复杂些，但可以增加电子钟功能。

人们日出而作日落而息的习惯已经没有了，现在的人们的时间观念更强了，所以设计一个准确的时钟，不仅可以让我们的生活更便捷，也有利于社会发展。现在的很多电子钟都是基于纯硬件电路，这种方式，设计起来不仅麻烦，而且耗时，比如用纯数电设计了一个交通灯控制系统，必须受限于很多布线之类的问题。EDA技术很好的解决了搭建电路复杂这个问题。我们可以很快的设计出电路，生产出来的产品可以适用于很多大场合，比如：医院、地铁、图书馆等等场合。

钟表的数字化使得我们观察时间更方便，传统的机械表在精度、耐用和成本上不尽人意。但电子钟则极大的改善了机械表，不仅有更多的功能，而且在使用寿命上也提高了一个档次。

数字钟以数字电路为基础，结合了模拟电路和电路基础知识诞生了一种全新的计数装置。它体积小，设计简单，陈本低廉，功能强大等特性，使得它在很多场合得到了大规模运用，在公共场所更是不可或缺的部分。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的变革在某一方面也推动了技术的更进一步发展。现在数字钟的外形也更趋于美观，apple watch等智能手表的出现，象征着数字钟的美好前景。

第2章 软件及语言介绍