基于FPGA的可校正的万年历的设计与实现

 

一、前言

        前几天看完了一本书上的课后习题，需要设计一个万年历，但是竟然没有课后答案，很是遗憾，于是就自己写了一个支持通过按键的方式来设置初值的万年历程序。

 

二、功能介绍

        FPGA芯片为 Cyclone IV EP4CE15F23C8N ，用了八个数码管，分别对应年份（4个数码管）、月份（2个数码管）、天数（2个数码管）；4个按键，一个系统复位按键，一个按键+，一个按键-，这两个按键均用于设置万年历的初值，一个确认按键。

        系统上电之后，八个数码管显示为全零的状态，然后连续按下按键+ 9次，8个数码管的最右边的显示为9，再按下确认按键，表示第一个数码管的初值已经设置结束，现在可以设置第二个数码管的初值，再按下按键+ 2次，从右往左第一个数码管显示为9，第二个数码管显示的值为2，表征设置的天数的初值为29日，按下确认按键，表示第二个数码管的初值设置结束，可以进行第三个数码管的初值的设置，如按下按键+ 7次，即表征这个月份是7月。以此类推，每设置好一个数码管的初值，均需要按一次确认按键，按下8次确认按键之后，表示初值已经设置结束，此时FPGA板卡即可按照预期要求进行运转。

       如8个数码管的初值为：2021 07 29，那么板卡将会在这个初值的基础上继续进行运行，到了2021年7月31天的最后1秒钟，数码管数字跳转为2021 08 01。

 

三、顶层模块

        1、 从上图中可以看到整个设计一共有5个输入信号，分别是：

                   clk：系统时钟信号，频率为50MHz；

                   rst_n：系统复位信号，低电平有效；

                   key0：按键+，通过按键的形式来预置初值；

                   key1：按键-，通过按键的形式来预置初值；

                   key2：确认按键，通过按键的形式来确定预置的初值；

        输出信号只有两个：

                seg[7:0]：数码管段选信号；

                sel[7:0]：数码管位选信号；

2、各个模块的介绍

        第一个模块：key_filter，这个模块实现的功能是按键消抖，这个模块的实现方式这里不做介绍；

        第二个模块：verify，这个模块主要是获取并锁存通过按键输入的初值，其核心是由一个序列机来实现，在确认信号计数的值不同时，锁存下每个确认信号的值所对应的值，如当确认信号为1时，锁存的是天的个位的值，当确认信号计数的值为8时，锁存的年的千分位的值；

        第三个模块：count_runnian，这个模块由组合逻辑实现，实现的功能是判断出当前的年份是否是闰年，闰年的二月是29天，平年的二月是28天，这里需要做出区别；

        第四个模块：count_test_Rev：这个模块是计数模块，其实现的功能是将预置的初值以合适的方式放入到对应的计数器中，在计数器启动之后，整个系统能在设置的初值的基础上正常运行；

        第五个模块：disp，这个模块是显示模块，本质上是一个数码管的动态扫描；

 

四、总结

        基于FPGA的万年历的设计一共用了700行左右的代码来实现，整体来说还是比较容易实现的，这个设计的难点在于如何将预置的初值合适的加载到计算天数、月份、年份的计数器中，这里是使用了异步复位，同步置数的方式来实现预置初值。

        这个例程比较容易应用到如 可定时的数字时钟、可定时的数字闹钟等需要通过外部按键来预置初值的各种设计中。

 

五、效果展示