數(shù)字時鐘是常見的畢業(yè)設(shè)計題目。我們做畢業(yè)設(shè)計時，一般使用數(shù)碼管來顯示數(shù)字。小時、分鐘和秒鐘各兩位數(shù)字，所以需要用到6位的數(shù)碼管。

如果平時不動手，要做這個畢業(yè)設(shè)計，很多人都會覺得挺難的。收集到的代碼，其風(fēng)格也是五花八門，第一感覺是貌似能看懂，但就是不知道怎么設(shè)計出來的。

其實如果有正確的設(shè)計思路和方法，其實現(xiàn)起來是非常簡單的。下面我們就核心的數(shù)字模塊為例，講解如何使用至簡設(shè)計法來實現(xiàn)。

數(shù)字模塊的功能，是產(chǎn)生6個信號，分別表示時十位、時個位、分十位、分個位、秒十位和秒個位的值。例如上述信號值依次為2、1、4、3、5、9時，則表示時間為21點43分59秒。

仔細(xì)觀察6個信號，每個單獨來看，其數(shù)字都是遞增的，增加到一定數(shù)后就清零。以秒個位為例，開始時值為0，然后是1、2、3依次增加，直到變成9后，然后變成0，再次循環(huán)。其他信號都是相同的規(guī)律。這些依次遞增的信號，就是計數(shù)器。

我們認(rèn)識到這些信號是計數(shù)器，那就好辦了。計數(shù)器設(shè)計只需要考慮兩點，什么時候加1和要數(shù)多少個，明確這兩個問題后，剩下的就是套用計數(shù)器模板了。

以秒個位這個計數(shù)器為例，這個計數(shù)器加1的條件是什么呢？到了1秒就加1。那我們怎么知道1秒鐘時間到了呢？FPGA是通過數(shù)時鐘周期數(shù)來確定時間的。例如下圖，假設(shè)時鐘頻率是50MHz，即時鐘周期是20ns，cnt是每個時鐘加1，則當(dāng)cnt==99時，就說明數(shù)了100個時鐘周期，也就是時間是100*20=2000ns了。

同樣的道理，1秒鐘時間，我們就是數(shù)1s/20ns= 50_000_000個時鐘周期。我們也認(rèn)識到這個cnt也是計數(shù)器，其加1條件是“1”，要數(shù)50_000_000個數(shù)。我們套用計數(shù)器模塊，即有下面代碼。

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（！rst_n）begin

cnt 《= 0;

end

else if（add_cnt）begin

if（end_cnt）

cnt 《= 0;

else

cnt 《= cnt + 1;

end

end

assign add_cnt = 1 ;

assign end_cnt = add_cnt && cnt== 50_000_000-1;

代碼中，always語句除了名字后，完全套用模板，不用更改。加1條件體現(xiàn)在第13行，要數(shù)多少個體現(xiàn)在第14行。

確定了cnt后，那么秒個位的加1條件就非常明確了，就是cnt數(shù)到50_000_000個，也就是end_cnt有效的時候。所以秒個位的加1條件是end_cnt。

秒個位要數(shù)多少個數(shù)字呢？由0到9，因此有10個。

綜上所述，我們得到秒個位的代碼如下表。

always@（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1‘b0）begin

miao_g 《= 0;

end

else if（add_miao_g）begin

if（end_miao_g）

miao_g 《= 0;

else

miao_g 《= miao_g + 1;

end

end

assign add_miao_g = end_cnt;

assign end_miao_g = add_miao_g && miao_g == 10-1;

用類似于秒個位的思考方法，我們可以得到秒十位、分個位、分十位、時個位和時十位的代碼，完整的代碼如下表。

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（！rst_n）begin

cnt 《= 0;

end

else if（add_cnt）begin

if（end_cnt）

cnt 《= 0;

else

cnt 《= cnt + 1;

end

end

assign add_cnt = 1 ;

assign end_cnt = add_cnt && cnt== 50_000_000-1;

always@（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1’b0）begin

miao_g 《= 0;

end

else if（add_miao_g）begin

if（end_miao_g）begin

miao_g 《= 0;

end

else begin

miao_g 《= miao_g + 1;

end

end

end

assign add_miao_g = end_cnt;

assign end_miao_g = add_miao_g && miao_g == 10-1;

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1‘b0）begin

miao_s 《= 0;

end

else if（add_miao_s）begin

if（end_miao_s）begin

miao_s 《= 0;

end

else begin

miao_s 《= miao_s + 1;

end

end

end

assign add_miao_s = end_miao_g;

assign end_miao_s = add_miao_s && miao_s == 6-1;

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1’b0）begin

fen_g 《= 0;

end

else if（add_fen_g）begin

if（end_fen_g）begin

fen_g 《= 0;

end

else begin

fen_g 《= fen_g + 1;

end

end

end

assign add_fen_g = end_miao_s;

assign end_fen_g = add_fen_g && fen_g == 10-1;

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1‘b0）begin

fen_s 《= 0;

end

else if（add_fen_s）begin

if（end_fen_s）begin

fen_s 《= 0;

end

else begin

fen_s 《= fen_s + 1;

end

end

end

assign add_fen_s = end_fen_g;

assign end_fen_s = add_fen_s && fen_s == 6-1;

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1’b0）begin

shi_g 《= 0;

end

else if（add_shi_g）begin

if（end_shi_g）begin

shi_g 《= 0;

end

else begin

shi_g 《= shi_g + 1;

end

end

end

assign add_shi_g = end_fen_s;

assign end_shi_g = add_shi_g && shi_g ==x-1;

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1‘b0）begin

shi_s 《= 0;

end

else if（add_shi_s）begin

if（end_shi_s）begin

shi_s 《= 0;

end

else begin

shi_s 《= shi_s + 1;

end

end

end

assign add_shi_s = end_shi_g;

assign end_shi_s = add_shi_s && shi_s == 3-1;

always@（*）begin

if（shi_s==2）

x =4;

else

x =10;

end

細(xì)心的讀者可以發(fā)現(xiàn)，上面每段計數(shù)器格式都非常相似。沒錯，這就是技巧。我們設(shè)計的這套模板，基本上可以應(yīng)用于任何場合，任何時候讀者只考慮兩個因素就夠了，不會出現(xiàn)丟三落四的情況，而且每次只需要考慮一個因素，保證能做出最優(yōu)的設(shè)計。

對了，上面代碼中，我們沒有補充信號定義這些。其實我們認(rèn)為這些信號定義純屬體力勞動，是根本就不需要學(xué)習(xí)的，所以我們就沒列出來。讀者有興趣可必補充。另外加上數(shù)碼管譯碼電路，那么一個完整的數(shù)字時鐘代碼就出來了。