数字电子技术基础课程设计——多功能数字时钟

项目介绍

本项目来自于本人的数电课设：多功能数字时钟，设计要求如下：

• 进行正常的时、分、秒计数
• 利用按键实现“校时”“校分”功能:
  • 按下“校时”键时，计数器迅速递增，并按24小时循环
  • 按下“校分”键时，计数器迅速递增，并按60分钟循环
  • 按下“清零”键时，计时器全部清零
• 利用扬声器做整点报时，报时五声
• 实现闹时功能，可用:
  1. 预置固定的闹时时间的方法
  2. 利用输入数据随时设定闹时时间

以上要求均已实现，但存在以下已知问题：

• 整点报时功能会额外输出一个系统时钟周期的高电平
• 如果调节时间到第二天，大概率导致当天闹钟失效（原因见下方）

[!note] 关于闹钟失效的原因 本系统为了节省LUT，采用时钟输出直接比较的方法实现闹时功能，并通过时钟核心模块在23:59:59时输出的DayChanged信号来复位闹钟已响标识位。但调时跨天时，极大概率不会经过23:59:59，导致DayChanged信号无法生成，从而导致闹钟模块误以为闹钟已响，从而无法正常响铃。

项目结构

本项目由Verilog编写源码和Testbench，使用iVerilog作为仿真器，使用Python自动化编译和仿真过程，自动生成波形文件。

源码结构

源码结构如下：

├── hdl
├     ├── core
├     ├     ├── ClockCore.v
├     ├     ├── modules
├     ├     ├     ├── ClockDivider.v
├     ├     ├     ├── TimeCounter.v
├     ├── extensions
├     ├     ├── Alarm.v
├     ├     ├── Chime.v
├     ├── MultiFunctionalClock.v
├── tests
├     ├── Integration
├     ├     ├── TestBench_ClockCore.v
├     ├     ├── TestBench_MultiFunctionalClock.v
├     ├── Unit
├     ├     ├── TestBench_Alarm.v
├     ├     ├── TestBench_Chime.v
├     ├     ├── TestBench_ClockDivider.v
├     ├     ├── TestBench_TimeCounter.v
├     ├── RunTests.py

各个文件功能如下：

• hdl/core/modules/ClockDivider.v: 时钟分频模块, 将输入时钟信号分频到输出时钟信号，这是一个参数化的模块，可以通过参数设置时钟分频的倍数。
• hdl/core/modules/TimeCounter.v: 时间计数器模块, 实际上就是一个模N计数器，这是一个参数化的模块，可以通过参数设置计数器的模值。
• hdl/core/ClockCore.v: 时钟核心模块, 包含时钟预分频和时、分、秒计数器，这也是一个参数化的模块，可以通过参数设置系统时钟频率以确保计时正确。
• hdl/extensions/Alarm.v: 闹钟模块，包含一个每天都响一次的闹钟，可以通过外部输入配置闹钟时间， 带有一个StopAlarm输入用于停止闹钟。
• hdl/extensions/Chime.v: 整点报时模块，包含一个五声报时功能，可以通过外部输入配置报时脉冲数。
• hdl/MultiFunctionalClock.v: 多功能数字时钟的顶层模块，包含时钟核心模块、闹钟模块和整点报时模块，以及输入和蜂鸣器输出。
• tests/RunTests.py: 测试脚本，用于自动编译和仿真指定Testbench，生成波形文件。
• tests/Unit/TestBench_ClockDivider.v: 时钟分频模块的测试用例，测试时钟分频模块的参数设置和时钟输出。
• tests/Unit/TestBench_TimeCounter.v: 时间计数器模块的测试用例，测试时间计数器模块的参数设置和计数输出。
• tests/Unit/TestBench_Alarm.v: 闹钟模块的测试用例，测试闹钟模块的参数设置和闹钟输出。
• tests/Unit/TestBench_Chime.v: 整点报时模块的测试用例，测试整点报时模块的参数设置和报时输出。
• tests/Integration/TestBench_MultiFunctionalClock.v: 多功能数字时钟的测试用例，测试多功能数字时钟的参数设置和功能输出。
• tests/Integration/TestBench_ClockCore.v: 时钟核心模块的测试用例，测试时钟核心模块的参数设置和计时输出。