一種基于fpga的多功能萬年歷的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的多功能電子萬年歷。
【背景技術(shù)】
[0002]萬年歷是一種在居家、辦公及各種公共服務(wù)等場所不可缺少的的計(jì)時(shí)顯示裝置，現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和電子產(chǎn)品性能的提升，對(duì)萬年歷的電路設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。FPGA作為一種高速、高精度和高可靠性的可編程邏輯芯片及基于硬件描述語言的設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中獲得廣泛應(yīng)用，對(duì)電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到積極的推動(dòng)作用。應(yīng)用FPGA芯片結(jié)合外圍電路設(shè)計(jì)萬年歷，電路系統(tǒng)具有體積小、功耗低、電路簡潔、精度和可靠性高、電路功能升級(jí)靈活、易于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)及便于嵌入式應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0003]目前萬年歷實(shí)現(xiàn)方案中對(duì)數(shù)字時(shí)鐘選擇以時(shí)鐘芯片如DS1302、DS1307、PCF8485等為主，或采用單片機(jī)用軟件方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘，但時(shí)鐘芯片具有功能固定，不易功能擴(kuò)展、不利于嵌入式應(yīng)用的缺點(diǎn)，而軟件方法存在精度不足的問題，另外使用熱敏電阻作溫度傳感器，精度和可靠性較差，電路復(fù)雜，并且一般萬年歷產(chǎn)品在互動(dòng)性、個(gè)性化及系統(tǒng)備用功能鍵設(shè)置方面也比較欠缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)一般方法中存在的不足，提出一種基于FPGA的高精度多功能電子萬年歷，除了必要的外圍輸入輸出電路外，直接在FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路功能，電路簡單，設(shè)計(jì)靈活，并可滿足不同用戶的個(gè)性化定制需求設(shè)計(jì)，電路既可作為獨(dú)立模塊使用，還適用于基于FPGA設(shè)計(jì)的儀器儀表、電器設(shè)備等的嵌入式應(yīng)用。
[0005]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種多功能電子萬年歷，由現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA、蜂鳴器電路模塊、按鍵電路模塊、PS/2接口電路模塊、溫度傳感器電路模塊、晶振電路模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成;其中:所述的蜂鳴器電路模塊、按鍵電路模塊、溫度傳感器電路模塊、晶振電路模塊、液晶顯示模塊、PS/2接口電路模塊分別與現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA相連接。
[0007]所述的現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA，其由FPGA核心電路模塊、綜合計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)設(shè)置模塊、鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊、樂音演奏電路模塊、溫度傳感器電路模塊、顯示控制模塊、PS/2接口控制與處理模塊組成，并分別與FPGA核心電路模塊相連。
[0008]所述的鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊采用了20M晶振，顯示模塊采用LCD12864液晶顯示器。
[0009]所述的溫度傳感器電路模塊采用DS18B20芯片。
[0010]所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA采用EP2C5T144C8芯片。
[0011]所述的PS/2接口，用于連接PS/2接口鍵盤。
[0012]工作原理及設(shè)置流程:
[0013]多功能電子萬年歷核心電路模塊由:(I)綜合計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)設(shè)置模塊、(2)鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊、(3 )樂音演奏電路模塊、(4)溫度傳感器電路模塊、(5 )顯示控制模塊、(6)PS/2接口控制與處理模塊組成。正常工作狀態(tài)下，液晶顯示器上能夠顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期及相應(yīng)的農(nóng)歷時(shí)間、溫度、鬧鐘設(shè)置值和個(gè)性化文字或標(biāo)志等信息；當(dāng)按下調(diào)整鍵時(shí)即可進(jìn)入相應(yīng)項(xiàng)目的調(diào)整設(shè)置狀態(tài)。
[0014]綜合計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)設(shè)置模塊主要實(shí)現(xiàn)綜合計(jì)時(shí)與計(jì)時(shí)設(shè)置兩大功能，在綜合計(jì)時(shí)模塊中秒計(jì)數(shù)模塊采用一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)模塊計(jì)時(shí)到60瞬間產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)給分計(jì)數(shù)模塊;分計(jì)數(shù)模塊也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)并產(chǎn)生時(shí)進(jìn)位信號(hào)；時(shí)計(jì)數(shù)模塊采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器；日計(jì)數(shù)模塊通過時(shí)計(jì)數(shù)模塊的進(jìn)位信號(hào)及月計(jì)數(shù)模塊反饋的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)本月天數(shù)計(jì)數(shù)；月計(jì)數(shù)模塊通過年計(jì)數(shù)模塊的反饋信號(hào)區(qū)分平、聞年，采用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并組合這些模塊實(shí)現(xiàn)閏年補(bǔ)償功能，公歷年、月、日再通過公歷轉(zhuǎn)農(nóng)歷模塊轉(zhuǎn)換為農(nóng)歷年、月、日。當(dāng)按下調(diào)整鍵，電路進(jìn)入計(jì)時(shí)調(diào)整狀態(tài)模式，采用兩個(gè)經(jīng)消抖處理后的按鍵對(duì)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，其中一個(gè)按鍵用于選擇調(diào)整項(xiàng)(秒、分、時(shí)、日、星期、月、年)，另一個(gè)按鍵用于已選擇調(diào)整項(xiàng)的加一計(jì)數(shù)操作。
[0015]鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊，通過鬧鐘設(shè)置鍵對(duì)用戶事先設(shè)置的鬧鐘時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)，比較電路把存儲(chǔ)單元所保存的值與系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較，相等時(shí)由觸發(fā)電路觸發(fā)樂曲演奏電路演奏樂曲。
[0016]樂曲演奏電路模塊利用數(shù)控分頻原理通過控制音符的發(fā)音頻率及持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)樂音信號(hào)的演奏。
[0017]溫度傳感器電路模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，用狀態(tài)機(jī)控制的方式控制溫度傳感器啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換及讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0018]顯示模塊采用12864IXD，采用狀態(tài)機(jī)控制方式控制液晶模塊完成有關(guān)數(shù)據(jù)的顯不O
[0019]預(yù)留的ps/2接口可連接計(jì)算機(jī)鍵盤，通過PS/2接口控制與處理模塊可以利用鍵盤模擬電子琴實(shí)現(xiàn)樂曲演奏，音符可存儲(chǔ)至RAM實(shí)現(xiàn)重播，并在鍵盤上設(shè)置若干特定的調(diào)整鍵用于系統(tǒng)設(shè)置按鍵損壞的情況下的備用設(shè)置選擇。
[0020]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:能夠準(zhǔn)確可靠顯示公歷年、月、日、時(shí)、分、秒、星期、農(nóng)歷年、月、日及節(jié)氣和環(huán)境溫度，對(duì)設(shè)定的節(jié)假日及鬧鐘能實(shí)現(xiàn)樂音提示，并且可存儲(chǔ)多組鬧鐘數(shù)據(jù)及多首提示樂曲供選擇，可顯示個(gè)性化LOGO圖片，并預(yù)留PS/2接口，當(dāng)連接上PS/2接口鍵盤，可通過鍵盤上所設(shè)定的按鍵進(jìn)行計(jì)時(shí)時(shí)間及鬧鐘設(shè)置，還可模擬電子琴演奏樂音，樂音數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)于FPGA的嵌入式RAM中，并作為個(gè)性化提示提示樂音使用，提升了產(chǎn)品使用的互動(dòng)性、娛樂性和可靠性。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖2是圖1中現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)鬧鐘系統(tǒng)的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0025]圖1中，I是按鍵電路模塊，2是溫度傳感器電路模塊，3是晶振電路模塊，4是ps/2接口電路模塊，5是現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA，6是液晶顯示電路模塊，7是蜂鳴器電路模塊。
[0026]圖2中，8是FPGA核心電路模塊，9是綜合計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)設(shè)置模塊，10是鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊，11是樂音演奏電路模塊，12是溫度傳感器電路模塊，13是顯示控制模塊，14是PS/2接口控制與處理模塊。
[0027]圖3中，19是鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊，采用了20M晶振，20是綜合設(shè)置與計(jì)時(shí)模塊，21是比較電路模塊，22是觸發(fā)電路模塊，23是樂曲演奏電路模塊。
[0028]按照上述附圖所述的結(jié)構(gòu)，連接相應(yīng)模塊與電路。
[0029]多功能電子萬年歷核心電路模塊在正常工作狀態(tài)下，液晶顯示器上能夠顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期及相應(yīng)的農(nóng)歷時(shí)間、溫度、鬧鐘設(shè)置值和個(gè)性化文字或標(biāo)志等信息；當(dāng)按下調(diào)整鍵時(shí)即可進(jìn)入相應(yīng)項(xiàng)目的調(diào)整設(shè)置狀態(tài)。
[0030]綜合計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)設(shè)置模塊主要實(shí)現(xiàn)綜合計(jì)時(shí)與計(jì)時(shí)設(shè)置兩大功能，在綜合計(jì)時(shí)模塊中秒計(jì)數(shù)模塊采用一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)模塊計(jì)時(shí)到60瞬間產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)給分計(jì)數(shù)模塊;分計(jì)數(shù)模塊也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)并產(chǎn)生時(shí)進(jìn)位信號(hào)；時(shí)計(jì)數(shù)模塊采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器；日計(jì)數(shù)模塊通過時(shí)計(jì)數(shù)模塊的進(jìn)位信號(hào)及月計(jì)數(shù)模塊反饋的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)本月天數(shù)計(jì)數(shù)；月計(jì)數(shù)模塊通過年計(jì)數(shù)模塊的反饋信號(hào)區(qū)分平、聞年，采用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并組合這些模塊實(shí)現(xiàn)閏年補(bǔ)償功能，公歷年、月、日再通過公歷轉(zhuǎn)農(nóng)歷模塊轉(zhuǎn)換為農(nóng)歷年、月、日。當(dāng)按下調(diào)整鍵，電路進(jìn)入計(jì)時(shí)調(diào)整狀態(tài)模式，采用兩個(gè)經(jīng)消抖處理后的按鍵對(duì)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，其中一個(gè)按鍵用于選擇調(diào)整項(xiàng)(秒、分、時(shí)、日、星期、月、年)，另一個(gè)按鍵用于已選擇調(diào)整項(xiàng)的加一計(jì)數(shù)操作。
[0031]鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊，通過鬧鐘設(shè)置鍵對(duì)用戶事先設(shè)置的鬧鐘時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)，比較電路把存儲(chǔ)單元所保存的值與系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較，相等時(shí)由觸發(fā)電路觸發(fā)樂曲演奏電路演奏樂曲。
[0032]樂曲演奏電路模塊利用數(shù)控分頻原理通過控制音符的發(fā)音頻率及持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)樂音信號(hào)的演奏。
[0033]溫度傳感器電路模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，用狀態(tài)機(jī)控制的方式控制溫度傳感器啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換及讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0034]預(yù)留的ps/2接口可連接計(jì)算機(jī)鍵盤，通過PS/2接口控制與處理模塊可以利用鍵盤模擬電子琴實(shí)現(xiàn)樂曲演奏，音符可存儲(chǔ)至RAM實(shí)現(xiàn)重播，并在鍵盤上設(shè)置若干特定的調(diào)整鍵用于系統(tǒng)設(shè)置按鍵損壞的情況下的備用設(shè)置選擇。
[0035]在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)方面，本項(xiàng)目采用自頂向下分析自底向上設(shè)計(jì)的EDA設(shè)計(jì)思想，根據(jù)系統(tǒng)需求，先建立系統(tǒng)總體框圖，然后將系統(tǒng)功能逐層分解為各子功能模塊，再對(duì)各個(gè)子模塊進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)具體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程以VHDL語言為主，并結(jié)合原理圖、狀態(tài)圖描述方法，設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)過仿真測試和綜合后最后下載到FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述的多功能萬年歷由現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA、蜂鳴器電路模塊、按鍵電路模塊、PS/2接口電路模塊、溫度傳感器電路模塊、晶振電路模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成;其中:所述的蜂鳴器電路模塊、按鍵電路模塊、溫度傳感器電路模塊、晶振電路模塊、液晶顯示模塊、PS/2接口電路模塊分別與現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述的現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA，其由FPGA核心電路模塊、綜合計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)設(shè)置模塊、鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊、樂音演奏電路模塊、溫度測量模塊、顯示控制模塊、PS/2接口控制與處理模塊組成，并分別與FPGA核心電路模塊相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述的鬧鐘與鬧鈴設(shè)置與存儲(chǔ)模塊采用了20M晶振，顯示模塊采用IXD12864液晶顯示器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述的溫度傳感器電路模塊采用DS18B20芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA采用EP2C5T144C8芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述的PS/2接口，用于連接PS/2接口鍵盤。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的多功能電子萬年歷。一種多功能電子萬年歷，由現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA模塊、蜂鳴器電路模塊、按鍵電路模塊、PS/2接口電路模塊、溫度傳感器電路模塊、晶振電路模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成；其中：所述的蜂鳴器電路模塊、按鍵電路模塊、溫度傳感器電路模塊、晶振電路模塊、液晶顯示模塊、PS/2接口電路模塊分別與現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA相連接。本實(shí)用新型能夠準(zhǔn)確可靠顯示公歷年、月、日、時(shí)、分、秒、星期、農(nóng)歷年、月、日及節(jié)氣和環(huán)境溫度，個(gè)性化顯示LOGO圖片和模擬電子琴演奏，樂音數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)于FPGA的嵌入式RAM中，提升了產(chǎn)品使用的互動(dòng)性、娛樂性和可靠性。
【IPC分類】G09D3/12
【公開號(hào)】CN205334864
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520630844
【發(fā)明人】陳家禎, 李云, 鄭子華, 葉鋒, 連桂仁, 許力
【申請(qǐng)人】福建師范大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2015年8月20日