本文为大家介绍fpga数字钟设计。

数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定，通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

数字钟的工作原理

振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位，分计数器满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数满后各计数器清零，重新计数。计数器的输出分别经译码器送数码管显示。计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。控制信号由1×5矩形键盘输入。时基电路可以由石英晶体振荡电路构成，假设晶振频率1MHz，经过6次十分频就可以得到秒脉冲信号。译码显示电路由八段译码器完成。

数字钟硬件电路设计

系统芯片的选取

本系统拟采用Altera公司Cyclone系列的EP1C3T144芯片。选用该款芯片的原因是：

① Altera公司的Quartus II开发环境非常友好、直观，为整个系统的开发提供了极大的方便；

② 该FPGA片内逻辑资源、IO端口数和RAM容量都足够用，并且价格相对来说比较便宜，速度快，可以满足要求，且有很大的升级空间。

EP1C3T144是Altera公司生产的Cyclone I代、基于1.5V（内核），3.3V（I/O），0.13um和SRAM的FPGA，容量为2910个LE，拥有13个 M4KRAM（4K位+奇偶校验）块；除此之外，还集成了许多复杂的功能，提供了全功能的锁相环（PLL），用于板级的时钟网络管理和专用I/O口，这些接口用于连接业界标准的外部存储器器件，具有成本低和使用方便的特点，具有以下特性：

① 新的可编程架构通过设计实现低成本；

② 嵌入式存储资源支持各种存储器应用和数字信号处理器（DSP）；

③ 采用新的串行置器件如EPCS1的低成本配置方案；

④ 支持LVTTL、LVCMOS、SSTL-2以及SSTL-3 I/O标准；

⑤ 支持66MHZ，32位PCI标准；

⑥ 支持低速（311Mbps）LVDS I/O；

⑦ 支持串行总线和网络接口及各种通信协议；

⑧ 使用PLL管理片内和片外系统时序；

⑨ 支持外部存储器，包括 DDR SDRAM（133MHZ），FCRAM以及 SDR SDRAM；

⑩ 支持多种IP，包括Altera公司的MegaCore以及其合伙组织的IP，支持最新推出的Nios II嵌入式处理器，具有超凡的性能、低成本和最完整的一套软件开发工具。

EP1C3T144引脚图如下图所示。

EP1C3T144引脚图

显示电路设计

显示电路所选用4个数码管以静态显示驱动方式完成时、分显示。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个I/O端口进行驱动，其优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。

显示电路原理图如下所示。

LED静态驱动显示原理图

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