基于FPGA的秒表计时系统设计--第一版--郝旭帅电子设计团队
欢迎各位朋友关注“郝旭帅电子设计团队”，本篇为各位朋友介绍基于FPGA的秒表计时系统设计--第一版--郝旭帅电子设计团队。
功能说明：
1. 利用六个数码管显示。
2. 以10ms为精度显示
3. 以秒为单位进行显示
4. 记录最大为999.99
5. 第一个数码管在运行时不显示
6. 在翻看记录时，第一个数码管显示记录的次数
7. 最多可以记录9次
8. 使用说明：先按下启动，再按下记录（可以多次记录，此时秒依然运行），按下停止，按翻看即可。重复以上步骤
使用平台：本次设计应用Altera的平台设计（芯片：EP4CE10F17C8N）。
仿真平台：Modelsim。
作者QQ：746833924
说明：本篇设计中不涉及到IP和原语，代码在其他平台依然可以适用；当其他板卡电路不同时，会导致不同的现象出现，如有需要修改代码请联系作者；如需作者使用的板卡，请联系作者；
设计思想如下：
key_ctrl模块负责将外部的按键信号进行消抖，并且产生对应边沿变化时的脉冲；sec_timer_ctrl模块负责根据脉冲信号和设计逻辑产生对应数字逻辑；seven_tube_drive（七段数码管驱动）模块负责将sec_timer_ctrl模块产生的数字逻辑显示到数码管上。
key_ctrl模块设计思想为：按键信号是由外部机械式按键产生，每次按下或者抬起时，会产生一定的抖动。如果直接对其进行边沿检测就会导致多次触发。故而需要设计按键消抖，进而对消抖之后的波形进行边沿检测。消抖原理为：外部按键信号发生改变后，如果能够持续20ms，没有新的改变，就认为此次改变不是抖动，而是真正的按下，然后进行采样即可。
// 记录任意边沿之后没有遇到新的边沿的时间长度是否达到20Ms //--------------------------------------------------------------------------------------- always@(posedgeclk)begin if(rst_n ==1'b0) cnt_20ms <=20'd0; else if(pulse_key_negedge ==1'b1||pulse_key_posedge ==1'b1) cnt_20ms <=20'd1; else if(cnt_20ms >20'd0&&cnt_20ms <T_20ms) cnt_20ms <=cnt_20ms +1'b1; else cnt_20ms <=20'd0; end // --------------------------------------------------------------------------------------- // 任意边沿之后没有遇到新的边沿的时间长度达到20Ms，认为按键稳定，此时采样 //-------------------------------------------------------------------------------------- always@(posedgeclk)begin if(rst_n ==1'b0) key_wave <=1'b1; else if(cnt_20ms ==T_20ms) key_wave <=key_rr; else key_wave <=key_wave; end //-------------------------------------------------------------------------------------- // 对消抖之后的按键信号进行边沿检测 //--------------------------------------------------------------------------------------------- initialkey_wave_r =1'b1; always@(posedgeclk)key_wave_r <=key_wave; assignflag_neg =(key_wave_r ==1'b1&&key_wave ==1'b0)?1'b1:1'b0; assignflag_pos =(key_wave_r ==1'b0&&key_wave ==1'b1)?1'b1:1'b0; //--------------------------------------------------------------------------------------------
sec_timer_ctrl模块的设计思想：首先根据外部的启动停止脉冲，确定运行的模式。
always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) state_run <= 1'b0; else if (flag_start_stop == 1'b1) state_run <= ~state_run; else state_run <= state_run; end
在运行模式下，启动10ms计时器。
always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) cnt_10ms <= 19'd0; else if (state_run == 1'b1) if (cnt_10ms < T_10ms - 1'b1) cnt_10ms <= cnt_10ms + 1'b1; else cnt_10ms <= 19'd0; else cnt_10ms <= 19'd0; end
在运行模式下，记录经过了多少个10ms。记录的信息要在下一次启动的时刻才可以清除，并不能停止就清除；因为还需要查看信息呢。
下一次的启动时刻：非运行状态下，启动停止按键被按下。
always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) counter <= 32'd0; else if (state_run == 1'b0 && flag_start_stop == 1'b1) counter <= 32'd0; else if (state_run == 1'b1 && cnt_10ms == T_10ms - 1'b1) if (counter < 99999) counter <= counter + 1'b1; else counter <= counter; else counter <= counter; end
利用移位寄存器的思想记录每一次数值（最多只能记录九次）。
always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) counter_buf <= 320'd0; else if (state_run == 1'b1 && flag_record == 1'b1 && record_num < 4'd9) counter_buf <= {counter_buf[287:32], counter, counter}; else counter_buf <= counter_buf; end
统计记录的次数，同样也得需要下一次启动的时刻才可以清除。
always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) record_num <= 4'd0; else if (state_run == 1'b0 && flag_start_stop == 1'b1) record_num <= 4'd0; else if (state_run == 1'b1 && flag_record == 1'b1) if (record_num < 4'd9) record_num <= record_num + 1'b1; else record_num <= record_num; else record_num <= record_num; end
在停止状态下，根据外部按键，确认需要翻看的是那一次的记录。当然，如果下一次启动开始了，翻看的记录也需要归零。
always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) show_num <= 4'd0; else if (state_run == 1'b0 && flag_start_stop == 1'b1) show_num <= 4'd0; else if (state_run == 1'b0 && flag_show == 1'b1) if (show_num < record_num) show_num <= show_num + 1'b1; else show_num <= 4'd1; else show_num <= show_num; end
在运行状态下，数码管显示正在跑的描述；在非运行状态中，如果没有记录或者翻看，一直显示停止记录的秒数，如果开始翻看，则开始显示记录的数值。
always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) show_data <= 32'd0; else if (state_run == 1'b1) show_data <= counter; else if (record_num == 4'd0 || show_num == 4'd0) show_data <= counter; else show_data <= (counter_buf >> {show_num, 5'd0}); end
根据显示的方式，计算出每个位应该显示的内容。
initial data[23:0] = 4'hf; always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) data[23:20] <= 4'hf; else if (state_run == 1'b1) data[23:20] <= 4'hf; else if (record_num == 4'd0 || show_num == 4'd0) data[23:20] <= 4'hf; else data[23:20] <= record_num + 1 - show_num; end always @ (posedge clk) begin if (rst_n == 1'b0) data[19:0] <= 20'd0; else begin data[3:0] <= show_data%10; data[7:4] <= show_data/10%10; data[11:8] <= show_data/100%10; data[15:12] <= show_data/1000%10; data[19:16] <= show_data/10000%10; end end
以上即为sec_timer_ctrl模块的设计思想；
七段数码管为普通六位一体的共阳极数码，采用动态驱动的方式，在此不再赘述。
下板后，我们就可以看到秒表计时的运行情况。
当然我们也可以使用按键进行启动、记录、翻看等运行情况。
下板后，演示视频（链接）如下：
https://www.bilibili.com/video/BV15z421B7iC/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=b5405faeab8632f02533bcbfc5e52e55
本设计所有内容（设计代码、设计工程）链接为：
链接：https://pan.baidu.com/s/19-14DaRzg_H0OLbZ77GWUg
提取码：vr1x
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