一種基于fpga的多功能萬年歷的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于FPGA的多功能電子萬年歷。
【背景技術】
[0002]萬年歷是一種在居家、辦公及各種公共服務等場所不可缺少的的計時顯示裝置，現代電子技術的發展和電子產品性能的提升，對萬年歷的電路設計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計方法在現代電子產品設計中獲得廣泛應用，對電子產品的更新換代起到積極的推動作用。應用FPGA芯片結合外圍電路設計萬年歷，電路系統具有體積小、功耗低、電路簡潔、精度和可靠性高、電路功能升級靈活、易于知識產權保護及便于嵌入式應用等優點，具有廣闊的市場應用前景。
[0003]目前萬年歷實現方案中對數字時鐘選擇以時鐘芯片如DS1302、DS1307、PCF8485等為主，或采用單片機用軟件方法實現數字時鐘，但時鐘芯片具有功能固定，不易功能擴展、不利于嵌入式應用的缺點，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，電路復雜，并且一般萬年歷產品在互動性、個性化及系統備用功能鍵設置方面也比較欠缺。

【發明內容】

[0004]本實用新型針對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芯片內實現電路功能，電路簡單，設計靈活，并可滿足不同用戶的個性化定制需求設計，電路既可作為獨立模塊使用，還適用于基于FPGA設計的儀器儀表、電器設備等的嵌入式應用。
[0005]本實用新型為實現上述目的采用如下技術方案:
[0006]一種多功能電子萬年歷，由現場可編程門陣列芯片FPGA、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場可編程門陣列芯片FPGA相連接。
[0007]所述的現場可編程門陣列芯片FPGA，其由FPGA核心電路模塊、綜合計時和計時設置模塊、鬧鐘與鬧鈴設置與存儲模塊、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置與存儲模塊采用了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]所述現場可編程門陣列芯片FPGA采用EP2C5T144C8芯片。
[0011]所述的PS/2接口，用于連接PS/2接口鍵盤。
[0012]工作原理及設置流程:
[0013]多功能電子萬年歷核心電路模塊由:(I)綜合計時和計時設置模塊、(2)鬧鐘與鬧鈴設置與存儲模塊、(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。正常工作狀態下，液晶顯示器上能夠顯示年、月、日、時、分、秒、星期及相應的農歷時間、溫度、鬧鐘設置值和個性化文字或標志等信息；當按下調整鍵時即可進入相應項目的調整設置狀態。
[0014]綜合計時和計時設置模塊主要實現綜合計時與計時設置兩大功能，在綜合計時模塊中秒計數模塊采用一個60進制計數器對秒脈沖進行計時，當秒計數模塊計時到60瞬間產生進位信號給分計數模塊;分計數模塊也采用60進制計數器計時并產生時進位信號；時計數模塊采用24進制計數器；日計數模塊通過時計數模塊的進位信號及月計數模塊反饋的信號實現對本月天數計數；月計數模塊通過年計數模塊的反饋信號區分平、聞年，采用12進制計數器，并組合這些模塊實現閏年補償功能，公歷年、月、日再通過公歷轉農歷模塊轉換為農歷年、月、日。當按下調整鍵，電路進入計時調整狀態模式，采用兩個經消抖處理后的按鍵對系統時間進行調整，其中一個按鍵用于選擇調整項(秒、分、時、日、星期、月、年)，另一個按鍵用于已選擇調整項的加一計數操作。
[0015]鬧鐘與鬧鈴設置與存儲模塊，通過鬧鐘設置鍵對用戶事先設置的鬧鐘時間進行存儲，比較電路把存儲單元所保存的值與系統當前時間進行比較，相等時由觸發電路觸發樂曲演奏電路演奏樂曲。
[0016]樂曲演奏電路模塊利用數控分頻原理通過控制音符的發音頻率及持續時間實現樂音信號的演奏。
[0017]溫度傳感器電路模塊采用數字溫度傳感器DS18B20，用狀態機控制的方式控制溫度傳感器啟動溫度轉換及讀取溫度轉換結果。
[0018]顯示模塊采用12864IXD，采用狀態機控制方式控制液晶模塊完成有關數據的顯不O
[0019]預留的ps/2接口可連接計算機鍵盤，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現樂曲演奏，音符可存儲至RAM實現重播，并在鍵盤上設置若干特定的調整鍵用于系統設置按鍵損壞的情況下的備用設置選擇。
[0020]本實用新型采用上述技術方案，具有以下有益效果:能夠準確可靠顯示公歷年、月、日、時、分、秒、星期、農歷年、月、日及節氣和環境溫度，對設定的節假日及鬧鐘能實現樂音提示，并且可存儲多組鬧鐘數據及多首提示樂曲供選擇，可顯示個性化LOGO圖片，并預留PS/2接口，當連接上PS/2接口鍵盤，可通過鍵盤上所設定的按鍵進行計時時間及鬧鐘設置，還可模擬電子琴演奏樂音，樂音數據可存儲于FPGA的嵌入式RAM中，并作為個性化提示提示樂音使用，提升了產品使用的互動性、娛樂性和可靠性。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的電路結構圖。
[0022]圖2是圖1中現場可編程門陣列芯片FPGA的內部電路結構圖。
[0023]圖3是本實用新型的一個鬧鐘系統的實施例。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[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是現場可編程門陣列芯片FPGA，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是綜合計時和計時設置模塊，10是鬧鐘與鬧鈴設置與存儲模塊，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是鬧鐘與鬧鈴設置與存儲模塊，采用了20M晶振，20是綜合設置與計時模塊，21是比較電路模塊，22是觸發電路模塊，23是樂曲演奏電路模塊。
[0028]按照上述附圖所述的結構，連接相應模塊與電路。
[0029]多功能電子萬年歷核心電路模塊在正常工作狀態下，液晶顯示器上能夠顯示年、月、日、時、分、秒、星期及相應的農歷時間、溫度、鬧鐘設置值和個性化文字或標志等信息；當按下調整鍵時即可進入相應項目的調整設置狀態。
[0030]綜合計時和計時設置模塊主要實現綜合計時與計時設置兩大功能，在綜合計時模塊中秒計數模塊采用一個60進制計數器對秒脈沖進行計時，當秒計數模塊計時到60瞬間產生進位信號給分計數模塊;分計數模塊也采用60進制計數器計時并產生時進位信號；時計數模塊采用24進制計數器；日計數模塊通過時計數模塊的進位信號及月計數模塊反饋的信號實現對本月天數計數；月計數模塊通過年計數模塊的反饋信號區分平、聞年，采用12進制計數器，并組合這些模塊實現閏年補償功能，公歷年、月、日再通過公歷轉農歷模塊轉換為農歷年、月、日。當按下調整鍵，電路進入計時調整狀態模式，采用兩個經消抖處理后的按鍵對系統時間進行調整，其中一個按鍵用于選擇調整項(秒、分、時、日、星期、月、年)，另一個按鍵用于已選擇調整項的加一計數操作。
[0031]鬧鐘與鬧鈴設置與存儲模塊，通過鬧鐘設置鍵對用戶事先設置的鬧鐘時間進行存儲，比較電路把存儲單元所保存的值與系統當前時間進行比較，相等時由觸發電路觸發樂曲演奏電路演奏樂曲。
[0032]樂曲演奏電路模塊利用數控分頻原理通過控制音符的發音頻率及持續時間實現樂音信號的演奏。
[0033]溫度傳感器電路模塊采用數字溫度傳感器DS18B20，用狀態機控制的方式控制溫度傳感器啟動溫度轉換及讀取溫度轉換結果。
[0034]預留的ps/2接口可連接計算機鍵盤，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現樂曲演奏，音符可存儲至RAM實現重播，并在鍵盤上設置若干特定的調整鍵用于系統設置按鍵損壞的情況下的備用設置選擇。
[0035]在系統功能實現方面，本項目采用自頂向下分析自底向上設計的EDA設計思想，根據系統需求，先建立系統總體框圖，然后將系統功能逐層分解為各子功能模塊，再對各個子模塊進一步進行詳細具體設計。設計過程以VHDL語言為主，并結合原理圖、狀態圖描述方法，設計結果經過仿真測試和綜合后最后下載到FPGA芯片實現。
【主權項】
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場可編程門陣列芯片FPGA、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場可編程門陣列芯片FPGA相連接。2.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述的現場可編程門陣列芯片FPGA，其由FPGA核心電路模塊、綜合計時和計時設置模塊、鬧鐘與鬧鈴設置與存儲模塊、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.根據權利要求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置與存儲模塊采用了20M晶振，顯示模塊采用IXD12864液晶顯示器。4.根據權利要求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.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的多功能萬年歷，其特征在于，所述現場可編程門陣列芯片FPGA采用EP2C5T144C8芯片。6.根據權利要求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，由現場可編程門陣列芯片FPGA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場可編程門陣列芯片FPGA相連接。本實用新型能夠準確可靠顯示公歷年、月、日、時、分、秒、星期、農歷年、月、日及節氣和環境溫度，個性化顯示LOGO圖片和模擬電子琴演奏，樂音數據可存儲于FPGA的嵌入式RAM中，提升了產品使用的互動性、娛樂性和可靠性。
【IPC分類】G09D3/12
【公開號】CN205334864
【申請號】CN201520630844
【發明人】陳家禎, 李云, 鄭子華, 葉鋒, 連桂仁, 許力
【申請人】福建師范大學
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2015年8月20日