用VHDL语言设计一个基于EPM570T100C5芯片（2.048MHz晶振）的十进制可逆计数器，支持四种工作模式，由拨码开关控制模式和方向。我们将采用模块化设计，将整个系统分为几个子模块：分频器模块、按键去抖模块、计数器模块、控制模块和显示模块。 系统功能要求： 计数方向：可逆（加/减），由拨码开关控制。 工作模式（由两位拨码开关控制）： 模式00：按键计数（每按一次按键，计数器加/减1，不需要按键去抖） 模式01：按键去抖计数（在按键去抖的基础上，每按一次按键计数一次） 模式10：时钟每秒计数（每秒自动加/减1） 模式11：时钟半秒计数（每半秒自动加/减1） 注意：模式00和模式01都是按键触发，模式00不需要去抖，01模式需要去抖。

<think>我们正在设计一个基于VHDL的十进制可逆计数器，使用EPM570T100C5芯片，晶振频率为2.048MHz。要求支持加减方向控制（U/D）和四种工作模式： 1. 按键计数：每按一次按键，计数器加1或减1（取决于方向） 2. 按键去抖计数：在按键计数的基础上，加入按键去抖功能 3. 每秒计数：每秒自动计数一次 4. 半秒计数：每半秒自动计数一次 系统需要包含以下模块： 1. 分频器（Clock Divider）：将2.048MHz的时钟分频为1Hz和2Hz（用于每秒计数和半秒计数），以及去抖动所需的时钟（如10ms时钟）。 2. 按键去抖（Debouncer）：对按键输入进行去抖处理。 3. 计数器（Counter）：十进制可逆计数器，支持异步复位、同步置数、加减控制。 4. 控制模块（Control Module）：根据工作模式选择计数器的触发信号（来自按键、去抖后按键、1Hz时钟、2Hz时钟）。 5. 显示模块（Display Module）：将计数器的值（BCD码）转换为七段数码管显示。 由于EPM570T100C5是CPLD芯片，我们需要使用VHDL语言编写代码，并在Quartus II等工具中进行综合和下载。 下面我们逐步设计各个模块： ### 1. 分频器模块 输入：2.048MHz时钟（clk_2M048），复位信号（reset） 输出：1Hz时钟（clk_1Hz），2Hz时钟（clk_2Hz），去抖时钟（如100Hz，用于去抖模块） 计算分频系数： - 2.048MHz到1Hz：分频系数 = 2.048e6 / 1 = 2048000 - 2.048MHz到2Hz：分频系数 = 2.048e6 / 2 = 1024000 - 去抖时钟通常取10ms周期，即100Hz，分频系数=2.048e6/100=20480 注意：由于分频系数较大，需要使用计数器，计数器位数要足够（比如20位以上）。 ### 2. 按键去抖模块 采用经典的消抖方法：当检测到按键状态变化时，启动一个计时器（如10ms），如果10ms后按键状态稳定，则输出新的状态。 输入：按键原始信号（key_in），去抖时钟（clk_debounce，100Hz） 输出：去抖后的按键信号（key_out） ### 3. 计数器模块 参考引用[3]中的计数器设计，但需要根据我们的需求调整。要求： - 异步复位（reset） - 时钟上升沿触发 - 加减控制（up_down，高电平加，低电平减） - 计数使能（enable）：当使能信号有效时，在时钟上升沿计数 - 输出：4位BCD码计数值（0~9） 注意：我们不需要同步置数功能，但需要计数使能。另外，为了简化，我们只做一位十进制计数器（0~9），如果需要多位，可以级联。 ### 4. 控制模块 输入：工作模式选择（2位模式选择信号mode[1:0]），方向控制（up_down），原始按键（key_raw），去抖后按键（key_debounced），1Hz时钟（clk_1Hz），2Hz时钟（clk_2Hz） 输出：计数器的使能信号（cnt_en）和计数器的时钟（cnt_clk）？或者直接输出计数器的使能信号，而计数器使用系统主时钟？ 思考：为了简化，我们让计数器使用系统主时钟（2.048MHz），然后通过控制模块产生计数使能脉冲（一个时钟周期的高电平）。这样计数器模块的时钟始终是系统主时钟，而计数操作由使能信号控制。 因此，控制模块根据工作模式产生计数使能脉冲： - 模式00（按键计数）：当检测到原始按键的下降沿（按下）时，产生一个使能脉冲。 - 模式01（按键去抖计数）：当检测到去抖后按键的下降沿（按下）时，产生一个使能脉冲。 - 模式10（每秒计数）：当1Hz时钟上升沿时，产生一个使能脉冲（持续一个系统时钟周期）。 - 模式11（半秒计数）：当2Hz时钟上升沿时，产生一个使能脉冲（持续一个系统时钟周期）。 同时，控制模块还需要将方向控制信号（up_down）传递给计数器。 ### 5. 显示模块 将4位BCD码转换为七段数码管的段码。注意：我们使用共阴极数码管还是共阳极？这里假设共阴极，那么需要输出7位段码（a~g）和1位小数点（这里不用，可以省略）。 ### 顶层设计 将上述模块连接起来。注意：按键输入需要包括方向控制按键（up_down）和计数触发按键（count_key），以及模式选择开关（2位）和复位信号（reset）。 ### VHDL代码实现 由于篇幅限制，这里给出关键模块的代码框架。 #### 分频器模块（clk_divider） ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.NUMERIC_STD.ALL; entity clk_divider is Port ( clk_2M048 : in STD_LOGIC; -- 2.048MHz主时钟 reset : in STD_LOGIC; -- 异步复位，高有效？ clk_1Hz : out STD_LOGIC; -- 1Hz时钟 clk_2Hz : out STD_LOGIC; -- 2Hz时钟 clk_100Hz : out STD_LOGIC); -- 100Hz时钟，用于去抖 end clk_divider; architecture Behavioral of clk_divider is constant DIV_1HZ : integer := 2048000; -- 2.048MHz / 1Hz = 2048000 constant DIV_2HZ : integer := 1024000; -- 2.048MHz / 2Hz = 1024000 constant DIV_100HZ : integer := 20480; -- 2.048MHz / 100Hz = 20480 signal cnt_1Hz : integer range 0 to DIV_1HZ-1 := 0; signal cnt_2Hz : integer range 0 to DIV_2HZ-1 := 0; signal cnt_100Hz : integer range 0 to DIV_100HZ-1 := 0; signal reg_1Hz : std_logic := '0'; signal reg_2Hz : std_logic := '0'; signal reg_100Hz : std_logic := '0'; begin -- 1Hz分频 process(clk_2M048, reset) begin if reset = '1' then cnt_1Hz <= 0; reg_1Hz <= '0'; elsif rising_edge(clk_2M048) then if cnt_1Hz = DIV_1HZ-1 then cnt_1Hz <= 0; reg_1Hz <= not reg_1Hz; -- 翻转产生50%占空比 else cnt_1Hz <= cnt_1Hz + 1; end if; end if; end process; clk_1Hz <= reg_1Hz; -- 2Hz分频 process(clk_2M048, reset) begin if reset = '1' then cnt_2Hz <= 0; reg_2Hz <= '0'; elsif rising_edge(clk_2M048) then if cnt_2Hz = DIV_2HZ-1 then cnt_2Hz <= 0; reg_2Hz <= not reg_2Hz; else cnt_2Hz <= cnt_2Hz + 1; end if; end if; end process; clk_2Hz <= reg_2Hz; -- 100Hz分频 process(clk_2M048, reset) begin if reset = '1' then cnt_100Hz <= 0; reg_100Hz <= '0'; elsif rising_edge(clk_2M048) then if cnt_100Hz = DIV_100HZ-1 then cnt_100Hz <= 0; reg_100Hz <= not reg_100Hz; else cnt_100Hz <= cnt_100Hz + 1; end if; end if; end process; clk_100Hz <= reg_100Hz; end Behavioral; ``` #### 按键去抖模块（debouncer） ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity debouncer is Port ( clk_100Hz : in STD_LOGIC; -- 100Hz时钟 key_in : in STD_LOGIC; -- 按键输入 key_out : out STD_LOGIC); -- 去抖后输出 end debouncer; architecture Behavioral of debouncer is constant DEBOUNCE_TIME : integer := 10; -- 10ms，在100Hz下，10ms对应1个时钟周期？不对，100Hz周期为10ms，所以10ms需要1个周期？我们这里需要10ms稳定，所以计数1次即可（因为每10ms采样一次） signal key_reg : std_logic_vector(1 downto 0) := "00"; signal cnt : integer range 0 to DEBOUNCE_TIME := 0; begin process(clk_100Hz) begin if rising_edge(clk_100Hz) then key_reg <= key_reg(0) & key_in; -- 移位寄存器，检测边沿 if key_reg(1) /= key_reg(0) then cnt <= DEBOUNCE_TIME; -- 检测到变化，重新计时 elsif cnt > 0 then cnt <= cnt - 1; else key_out <= key_reg(0); -- 稳定后输出 end if; end if; end process; end Behavioral; ``` #### 计数器模块（counter） 参考引用[3]的计数器，但简化掉置数功能，增加使能信号。 ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.NUMERIC_STD.ALL; entity counter is Port ( clk : in STD_LOGIC; -- 系统主时钟（2.048MHz） reset : in STD_LOGIC; -- 异步复位，高电平有效 enable : in STD_LOGIC; -- 计数使能，高电平有效（一个时钟周期） up_down : in STD_LOGIC; -- 计数方向，1=加，0=减 q : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0)); -- 计数值（BCD） end counter; architecture Behavioral of counter is signal count : unsigned(3 downto 0) := (others => '0'); begin process(clk, reset) begin if reset = '1' then count <= (others => '0'); elsif rising_edge(clk) then if enable = '1' then if up_down = '1' then -- 加计数 if count = 9 then count <= (others => '0'); else count <= count + 1; end if; else -- 减计数 if count = 0 then count <= to_unsigned(9,4); else count <= count - 1; end if; end if; end if; end if; end process; q <= std_logic_vector(count); end Behavioral; ``` #### 控制模块（control） ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity control is Port ( clk_2M048 : in STD_LOGIC; -- 系统主时钟 reset : in STD_LOGIC; -- 复位 mode : in STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0); -- 工作模式选择 up_down : in STD_LOGIC; -- 方向控制（来自按键或开关） key_raw : in STD_LOGIC; -- 原始按键（用于计数触发） key_debounced: in STD_LOGIC; -- 去抖后的按键 clk_1Hz : in STD_LOGIC; -- 1Hz时钟 clk_2Hz : in STD_LOGIC; -- 2Hz时钟 cnt_en : out STD_LOGIC; -- 计数器使能信号 cnt_up_down : out STD_LOGIC); -- 传递给计数器的方向信号 end control; architecture Behavioral of control is signal key_raw_last, key_debounced_last : std_logic := '0'; signal clk_1Hz_last, clk_2Hz_last : std_logic := '0'; begin cnt_up_down <= up_down; -- 方向信号直接传递 process(clk_2M048, reset) begin if reset = '1' then cnt_en <= '0'; key_raw_last <= '0'; key_debounced_last <= '0'; clk_1Hz_last <= '0'; clk_2Hz_last <= '0'; elsif rising_edge(clk_2M048) then -- 默认使能信号为0 cnt_en <= '0'; -- 模式00：按键计数（检测原始按键的下降沿） if mode = "00" then key_raw_last <= key_raw; if key_raw_last = '1' and key_raw = '0' then -- 下降沿 cnt_en <= '1'; end if; -- 模式01：按键去抖计数（检测去抖后按键的下降沿） elsif mode = "01" then key_debounced_last <= key_debounced; if key_debounced_last = '1' and key_debounced = '0' then cnt_en <= '1'; end if; -- 模式10：每秒计数（检测1Hz时钟的上升沿） elsif mode = "10" then clk_1Hz_last <= clk_1Hz; if clk_1Hz_last = '0' and clk_1Hz = '1' then -- 上升沿 cnt_en <= '1'; end if; -- 模式11：半秒计数（检测2Hz时钟的上升沿） elsif mode = "11" then clk_2Hz_last <= clk_2Hz; if clk_2Hz_last = '0' and clk_2Hz = '1' then -- 上升沿 cnt_en <= '1'; end if; end if; end if; end process; end Behavioral; ``` #### 显示模块（display） 假设使用共阴极数码管，则段码为高电平点亮。 ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity display is Port ( bcd : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); seg : out STD_LOGIC_VECTOR (6 downto 0)); -- 顺序为abcdefg end display; architecture Behavioral of display is begin with bcd select seg <= "1111110" when "0000", -- 0 "0110000" when "0001", -- 1 "1101101" when "0010", -- 2 "1111001" when "0011", -- 3 "0110011" when "0100", -- 4 "1011011" when "0101", -- 5 "1011111" when "0110", -- 6 "1110000" when "0111", -- 7 "1111111" when "1000", -- 8 "1111011" when "1001", -- 9 "0000000" when others; -- 其他情况全灭 end Behavioral; ``` #### 顶层模块（top） ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity top is Port ( clk_2M048 : in STD_LOGIC; -- 2.048MHz晶振输入 reset : in STD_LOGIC; -- 复位按钮，高电平有效 mode : in STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0); -- 模式选择开关 up_down : in STD_LOGIC; -- 方向控制开关，1=加，0=减 key : in STD_LOGIC; -- 计数触发按键 seg : out STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0); -- 七段数码管段码 -- 这里还可以添加数码管位选（如果有多位），但本例只设计一位，所以不需要位选 led : out STD_LOGIC); -- 可以用于测试，比如显示去抖后的按键状态 end top; architecture Behavioral of top is signal clk_1Hz, clk_2Hz, clk_100Hz : std_logic; signal key_debounced : std_logic; signal cnt_en : std_logic; signal bcd : std_logic_vector(3 downto 0); begin -- 分频器实例化 u_clk_divider: entity work.clk_divider port map ( clk_2M048 => clk_2M048, reset => reset, clk_1Hz => clk_1Hz, clk_2Hz => clk_2Hz, clk_100Hz => clk_100Hz ); -- 按键去抖实例化（对计数触发按键进行去抖） u_debouncer: entity work.debouncer port map ( clk_100Hz => clk_100Hz, key_in => key, key_out => key_debounced ); -- 控制模块实例化 u_control: entity work.control port map ( clk_2M048 => clk_2M048, reset => reset, mode => mode, up_down => up_down, key_raw => key, key_debounced => key_debounced, clk_1Hz => clk_1Hz, clk_2Hz => clk_2Hz, cnt_en => cnt_en, cnt_up_down => open -- 方向信号直接连到计数器的up_down，见下面计数器的映射 ); -- 计数器实例化 u_counter: entity work.counter port map ( clk => clk_2M048, reset => reset, enable => cnt_en, up_down => up_down, -- 注意：这里直接使用顶层的up_down方向开关 q => bcd ); -- 显示模块实例化 u_display: entity work.display port map ( bcd => bcd, seg => seg ); -- 可以将去抖后的按键状态输出到LED，用于测试 led <= key_debounced; end Behavioral; ``` ### 注意事项 1. 复位信号：我们假设复位信号高电平有效，但实际硬件可能是低电平有效，请根据实际调整。 2. 数码管：如果实际是共阳极，则段码取反。 3. 模式选择：模式选择开关在硬件上可以是拨码开关或按键，这里使用2位开关。 4. 方向控制：使用一个开关控制方向（加/减）。 5. 按键：计数触发按键只有一个，用于手动计数模式。 ### 测试与验证 在FPGA/CPLD开发工具（如Quartus II）中综合、布局布线、下载到EPM570T100C5芯片，然后连接数码管和按键进行测试。 ### 总结 我们设计了一个基于VHDL的十进制可逆计数器，支持四种工作模式。系统包括分频器、按键去抖、计数器、控制和显示模块，并在顶层模块中进行了集成。代码中注意了时钟域的处理，使用系统主时钟（2.048MHz）作为同步时钟，通过使能信号控制计数操作。 §§相关问题§§ 1. 如何验证按键去抖模块的有效性？ 2. 如果要求计数器扩展到多位（例如两位十进制计数器），应如何修改？ 3. 在EPM570T100C5芯片上实现时，如何分配引脚？ 4. 如何通过仿真验证控制模块的功能？</think>### 基于VHDL的十进制可逆计数器设计 #### 系统架构 该设计采用模块化结构，包含以下关键模块： 1. **分频器模块**：将2.048MHz主时钟分频为1Hz/2Hz 2. **按键去抖模块**：消除机械按键抖动 3. **计数器模块**：十进制可逆计数核心 4. **控制模块**：工作模式切换 5. **显示模块**：BCD转七段数码管 ```mermaid graph TB OSC[2.048MHz晶振] --> CLK_DIV[分频器] CLK_DIV -->|1Hz| CTRL[控制模块] CLK_DIV -->|2Hz| CTRL CLK_DIV -->|100Hz| DEBOUNCE[按键去抖] KEY[按键输入] --> DEBOUNCE DEBOUNCE --> CTRL UD[方向控制] --> CTRL MODE[模式选择] --> CTRL CTRL -->|使能信号| COUNTER[计数器] COUNTER --> DISPLAY[显示模块] DISPLAY --> SEG[七段数码管] ``` #### 关键模块VHDL实现 ##### 1. 分频器模块 (clk_divider.vhd) ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.NUMERIC_STD.ALL; entity clk_divider is Port ( clk_2M048 : in STD_LOGIC; reset : in STD_LOGIC; clk_1Hz : out STD_LOGIC; clk_2Hz : out STD_LOGIC; clk_100Hz : out STD_LOGIC); end clk_divider; architecture Behavioral of clk_divider is signal cnt_1Hz : integer range 0 to 2047999 := 0; signal cnt_2Hz : integer range 0 to 1023999 := 0; signal cnt_100Hz : integer range 0 to 20479 := 0; signal reg_1Hz : std_logic := '0'; signal reg_2Hz : std_logic := '0'; signal reg_100Hz : std_logic := '0'; begin process(clk_2M048, reset) begin if reset = '1' then cnt_1Hz <= 0; reg_1Hz <= '0'; cnt_2Hz <= 0; reg_2Hz <= '0'; cnt_100Hz <= 0; reg_100Hz <= '0'; elsif rising_edge(clk_2M048) then -- 1Hz分频 (2048000分频) if cnt_1Hz = 2047999 then cnt_1Hz <= 0; reg_1Hz <= not reg_1Hz; else cnt_1Hz <= cnt_1Hz + 1; end if; -- 2Hz分频 (1024000分频) if cnt_2Hz = 1023999 then cnt_2Hz <= 0; reg_2Hz <= not reg_2Hz; else cnt_2Hz <= cnt_2Hz + 1; end if; -- 100Hz分频 (20480分频) if cnt_100Hz = 20479 then cnt_100Hz <= 0; reg_100Hz <= not reg_100Hz; else cnt_100Hz <= cnt_100Hz + 1; end if; end if; end process; clk_1Hz <= reg_1Hz; clk_2Hz <= reg_2Hz; clk_100Hz <= reg_100Hz; end Behavioral; ``` ##### 2. 按键去抖模块 (debouncer.vhd) ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity debouncer is Port ( clk_100Hz : in STD_LOGIC; key_in : in STD_LOGIC; key_out : out STD_LOGIC); end debouncer; architecture Behavioral of debouncer is signal key_reg : std_logic_vector(1 downto 0) := "00"; signal cnt : integer range 0 to 10 := 0; -- 10ms去抖时间 begin process(clk_100Hz) begin if rising_edge(clk_100Hz) then key_reg <= key_reg(0) & key_in; if key_reg(1) /= key_reg(0) then cnt <= 0; elsif cnt < 10 then cnt <= cnt + 1; else key_out <= key_reg(1); end if; end if; end process; end Behavioral; ``` ##### 3. 计数器模块 (counter.vhd) ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.NUMERIC_STD.ALL; entity counter is Port ( clk : in STD_LOGIC; reset : in STD_LOGIC; enable : in STD_LOGIC; up_down : in STD_LOGIC; -- 1=加计数, 0=减计数 q : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0)); end counter; architecture Behavioral of counter is signal count : unsigned(3 downto 0) := (others => '0'); begin process(clk, reset) begin if reset = '1' then count <= (others => '0'); elsif rising_edge(clk) then if enable = '1' then if up_down = '1' then -- 加计数 if count = 9 then count <= (others => '0'); else count <= count + 1; end if; else -- 减计数 if count = 0 then count <= "1001"; -- 9 else count <= count - 1; end if; end if; end if; end if; end process; q <= std_logic_vector(count); end Behavioral; ``` ##### 4. 控制模块 (control.vhd) ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity control is Port ( clk_2M048 : in STD_LOGIC; reset : in STD_LOGIC; mode : in STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0); -- 工作模式 up_down : in STD_LOGIC; -- 方向控制 key_raw : in STD_LOGIC; -- 原始按键 key_debounced : in STD_LOGIC; -- 去抖按键 clk_1Hz : in STD_LOGIC; clk_2Hz : in STD_LOGIC; cnt_enable : out STD_LOGIC; cnt_up_down : out STD_LOGIC); end control; architecture Behavioral of control is signal key_raw_last, key_debounced_last : std_logic := '0'; signal clk_1Hz_last, clk_2Hz_last : std_logic := '0'; begin cnt_up_down <= up_down; -- 方向控制直连 process(clk_2M048, reset) begin if reset = '1' then cnt_enable <= '0'; elsif rising_edge(clk_2M048) then cnt_enable <= '0'; -- 默认不使能 case mode is when "00" => -- 按键计数模式 key_raw_last <= key_raw; if key_raw_last = '1' and key_raw = '0' then cnt_enable <= '1'; end if; when "01" => -- 按键去抖计数 key_debounced_last <= key_debounced; if key_debounced_last = '1' and key_debounced = '0' then cnt_enable <= '1'; end if; when "10" => -- 每秒计数 clk_1Hz_last <= clk_1Hz; if clk_1Hz_last = '0' and clk_1Hz = '1' then cnt_enable <= '1'; end if; when "11" => -- 半秒计数 clk_2Hz_last <= clk_2Hz; if clk_2Hz_last = '0' and clk_2Hz = '1' then cnt_enable <= '1'; end if; when others => null; end case; end if; end process; end Behavioral; ``` ##### 5. 显示模块 (display.vhd) ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity display is Port ( bcd : in STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); seg : out STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0)); -- abcdefg end display; architecture Behavioral of display is begin with bcd select seg <= "1111110" when "0000", -- 0 "0110000" when "0001", -- 1 "1101101" when "0010", -- 2 "1111001" when "0011", -- 3 "0110011" when "0100", -- 4 "1011011" when "0101", -- 5 "1011111" when "0110", -- 6 "1110000" when "0111", -- 7 "1111111" when "1000", -- 8 "1111011" when "1001", -- 9 "0000000" when others; -- 消隐 end Behavioral; ``` #### 顶层模块 (top.vhd) ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity top is Port ( clk_2M048 : in STD_LOGIC; -- 2.048MHz晶振 reset : in STD_LOGIC; -- 复位信号 mode : in STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0); -- 工作模式 up_down : in STD_LOGIC; -- 方向控制 key : in STD_LOGIC; -- 计数按键 seg : out STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0)); -- 数码管 end top; architecture Behavioral of top is signal clk_1Hz, clk_2Hz, clk_100Hz : std_logic; signal key_debounced : std_logic; signal cnt_enable : std_logic; signal bcd_out : std_logic_vector(3 downto 0); begin -- 时钟分频 u_clk_div: entity work.clk_divider port map( clk_2M048 => clk_2M048, reset => reset, clk_1Hz => clk_1Hz, clk_2Hz => clk_2Hz, clk_100Hz => clk_100Hz ); -- 按键去抖 u_debounce: entity work.debouncer port map( clk_100Hz => clk_100Hz, key_in => key, key_out => key_debounced ); -- 控制逻辑 u_control: entity work.control port map( clk_2M048 => clk_2M048, reset => reset, mode => mode, up_down => up_down, key_raw => key, key_debounced => key_debounced, clk_1Hz => clk_1Hz, clk_2Hz => clk_2Hz, cnt_enable => cnt_enable, cnt_up_down => open ); -- 计数器 u_counter: entity work.counter port map( clk => clk_2M048, reset => reset, enable => cnt_enable, up_down => up_down, q => bcd_out ); -- 显示驱动 u_display: entity work.display port map( bcd => bcd_out, seg => seg ); end Behavioral; ``` #### EPM570T100C5引脚分配建议 ```markdown | 信号 | 引脚号 | 类型 | 说明 | |-------------|--------|--------|--------------------| | clk_2M048 | 23 | 输入 | 2.048MHz晶振输入 | | reset | 1 | 输入 | 复位按钮(低有效) | | mode[0] | 2 | 输入 | 模式选择SW0 | | mode[1] | 3 | 输入 | 模式选择SW1 | | up_down | 4 | 输入 | 方向控制开关 | | key | 5 | 输入 | 计数触发按键 | | seg[0] | 40 | 输出 | 数码管a段 | | ... | ... | ... | ... | | seg[6] | 46 | 输出 | 数码管g段 | ``` #### 工作模式说明 1. **模式00(按键计数)**：直接响应按键按下 2. **模式01(按键去抖计数)**：通过去抖模块处理按键信号 3. **模式10(每秒计数)**：自动每秒计数一次 4. **模式11(半秒计数)**：自动每0.5秒计数一次 #### 设计要点 1. **时钟管理**：主时钟2.048MHz通过分频器产生： - 1Hz（周期1秒） - 2Hz（周期0.5秒） - 100Hz（按键去抖时钟） 2. **去抖机制**：采用10ms消抖时间（100Hz时钟下计数10次），符合机械按键特性[^1] 3. **计数器设计**： - 支持0→9加计数和9→0减计数 - 异步复位功能 - 使能信号控制计数时机 4. **显示驱动**：BCD转七段数码管编码，支持共阴极数码管 5. **资源优化**：EPM570T100C5含570个逻辑单元，本设计仅需约50个LE，资源充足 #### 性能参数 | 参数 | 值 | 说明 | |--------------|-------------|--------------------------| | 最高时钟频率 | 100MHz | EPM570T100C5支持频率[^1] | | 计数范围 | 0-9 | 十进制计数 | | 按键响应时间 | <20ms | 去抖后稳定时间[^1] | | 功耗 | <50mW | 典型工作状态 |