本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電子鐘的改進(jìn)，適用于日常生活，便利人們工作學(xué)習(xí)，具體為一種基于FPGA的多功能電子鐘系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在日常生活中，各種形式的電子鐘非常常見，能夠提示人們時(shí)間，便利了人們的生活。

目前的電子鐘主要由單片機(jī)開發(fā)，功能較少，一般只有顯示日期時(shí)間、添加鬧鐘的功能。單片機(jī)開發(fā)萬年歷的主要缺點(diǎn)有：資源較少，處理速度較低，許多擴(kuò)展功能無法實(shí)現(xiàn)。

因此需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)更多擴(kuò)展功能，處理速度更快的開發(fā)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)一種功能更豐富的電子鐘。與單片機(jī)相比，F(xiàn)PGA可編程，設(shè)計(jì)靈活，處理能力比單片機(jī)強(qiáng)很多，因此可以實(shí)現(xiàn)很多擴(kuò)展功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有電子鐘功能少、處理速度慢的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出了一種基于FPGA的多功能電子鐘系統(tǒng)。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于FPGA的多功能電子鐘系統(tǒng)，包括：數(shù)字鐘模塊、校準(zhǔn)模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鐘模塊、音頻模塊、LCD模塊、按鍵模塊；數(shù)字鐘模塊分別與校準(zhǔn)模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鐘模塊、LCD模塊連接；音頻模塊分別與整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鐘模塊連接；按鍵模塊分別與校準(zhǔn)模塊、鬧鐘模塊連接。

所述數(shù)字鐘模塊包括有源晶體振蕩器、時(shí)鐘緩沖器、分頻器、計(jì)數(shù)器A、計(jì)

數(shù)器B、計(jì)數(shù)器C、計(jì)數(shù)器D、計(jì)數(shù)器E、計(jì)數(shù)器F、計(jì)數(shù)器G、計(jì)數(shù)器H、計(jì)數(shù)器I；源晶體振蕩器、時(shí)鐘緩沖器、分頻器、計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器B、計(jì)數(shù)器C依次連接，計(jì)數(shù)器C分別與計(jì)數(shù)器D、計(jì)數(shù)器E連接，計(jì)數(shù)器E分別與計(jì)數(shù)器F、計(jì)數(shù)器H、計(jì)數(shù)器I連接，計(jì)數(shù)器F與計(jì)數(shù)器G連接；計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器B、計(jì)數(shù)器C、計(jì)數(shù)器D、計(jì)數(shù)器E、計(jì)數(shù)器F、計(jì)數(shù)器G、計(jì)數(shù)器H、計(jì)數(shù)器I分別與LCD模塊連接。

所述按鍵模塊包括按鍵1、按鍵2、按鍵3、按鍵4。

所述校準(zhǔn)模塊包括加法器、校準(zhǔn)器；按鍵1、加法器、數(shù)字鐘模塊分別與校準(zhǔn)器連接；按鍵2與加法器連接。

所述鬧鐘模塊包括加減器、定時(shí)器、比較器C；按鍵3、按鍵4、加減器、比

較器C分別與定時(shí)器連接，數(shù)字鐘模塊、音頻模塊、LCD模塊分別與比較器C連接。

所述整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊包括比較器A、比較器B；數(shù)字鐘模塊、比較器A、比較

器B、音頻模塊依次連接。

所述音頻模塊包括SD卡接口、揚(yáng)聲器。

所述整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊在比較器B中進(jìn)行白天和夜晚的判斷，根據(jù)判斷改變音頻模塊的音量。

所述音頻模塊可以讀取SD卡中的音樂，并將其用于鬧鐘模塊和整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊。

本實(shí)用新型提出的多功能電子鐘既具有常規(guī)電子鐘功能中的顯示時(shí)間功能，校準(zhǔn)功能，鬧鐘功能，又具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能、顯示年月日周節(jié)日功能，功能更為豐富；其中整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能根據(jù)白天和夜晚改變音量，白天音量較高，提醒明顯，晚上音量較低，避免打擾休息，真正做到了人性化。除此之外可以通過SD卡接口插入SD卡增加音頻資源，可供鬧鐘選擇。

本實(shí)用新型基于FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，具有良好的適應(yīng)性與移植性，在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的數(shù)字鐘模塊示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的校準(zhǔn)模塊示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的鬧鐘模塊示意圖。

圖5是本實(shí)用新型的整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本系統(tǒng)以主模塊為中心，統(tǒng)一控制各分模塊，完成不同功能。分別為數(shù)字鐘模塊、LCD模塊、音頻模塊、鬧鐘模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、校準(zhǔn)模塊。數(shù)字鐘模塊分別與校準(zhǔn)模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鐘模塊、LCD模塊連接；音頻模塊分別與整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鐘模塊連接；按鍵模塊分別與校準(zhǔn)模塊、鬧鐘模塊連接。

數(shù)字鐘模塊包括有源晶體振蕩器、時(shí)鐘緩沖器、分頻器、計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器

B、計(jì)數(shù)器C、計(jì)數(shù)器D、計(jì)數(shù)器E、計(jì)數(shù)器F、計(jì)數(shù)器G、計(jì)數(shù)器H、計(jì)數(shù)器I；源晶體振蕩器、時(shí)鐘緩沖器、分頻器、計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器B、計(jì)數(shù)器C依次連接，計(jì)數(shù)器C分別與計(jì)數(shù)器D、計(jì)數(shù)器E連接，計(jì)數(shù)器E分別與計(jì)數(shù)器F、計(jì)數(shù)器H、計(jì)數(shù)器I連接，計(jì)數(shù)器F與計(jì)數(shù)器G連接；計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器B、計(jì)數(shù)器C、計(jì)數(shù)器D、計(jì)數(shù)器E、計(jì)數(shù)器F、計(jì)數(shù)器G、計(jì)數(shù)器H、計(jì)數(shù)器I分別與LCD模塊連接；計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器B、計(jì)數(shù)器C、計(jì)數(shù)器D、計(jì)數(shù)器E、計(jì)數(shù)器F、計(jì)數(shù)器G、計(jì)數(shù)器H、計(jì)數(shù)器I分別是秒、分、時(shí)、上下午、日、月、年、節(jié)日、星期的計(jì)數(shù)器。

按鍵模塊包括按鍵1、按鍵2、按鍵3、按鍵4。

校準(zhǔn)模塊包括加法器、校準(zhǔn)器；按鍵1、加法器、數(shù)字鐘模塊分別與校準(zhǔn)器連接；按鍵2與加法器連接。

鬧鐘模塊包括加減器、定時(shí)器、比較器C；按鍵3、按鍵4、加減器、比較器C分別與定時(shí)器連接，數(shù)字鐘模塊、音頻模塊、LCD模塊分別與比較器C連接。

整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊包括比較器A、比較器B；數(shù)字鐘模塊、比較器A、比較器B、音頻模塊依次連接。

音頻模塊包括SD卡接口、揚(yáng)聲器。

如圖2所示，數(shù)字鐘模塊：首先通過有源晶體振蕩器生成50MHz 頻率時(shí)鐘信號(hào)，然后通過時(shí)鐘緩沖器將50MHz 頻率時(shí)鐘信號(hào)緩沖后變成低抖動(dòng) 50MHz 時(shí)鐘信號(hào)，接著通過分頻器產(chǎn)生所需的1Hz的時(shí)鐘信號(hào)，即為秒信號(hào)，然后分別通過計(jì)數(shù)器A~I產(chǎn)生分、時(shí)、日、月、年、上下午、星期、節(jié)日等信號(hào)。

本系統(tǒng)的數(shù)字鐘模塊首先采用了50MHz時(shí)鐘的分頻得到較為精準(zhǔn)的1Hz時(shí)鐘，然后通過計(jì)數(shù)器進(jìn)位產(chǎn)生時(shí)分秒年月日等信號(hào)。

如圖3所示，校準(zhǔn)模塊：從數(shù)字鐘模塊中的A/B/C/E/F/G計(jì)數(shù)器中獲取年月日時(shí)分秒信號(hào)，按鍵1按下的信號(hào)修改校準(zhǔn)位，按鍵2的信號(hào)輸入加法器，在當(dāng)前時(shí)間基礎(chǔ)上進(jìn)行加法運(yùn)算，加法器產(chǎn)生的值輸入校準(zhǔn)器中，校準(zhǔn)器將值傳回給數(shù)字鐘模塊中的A-I計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)器將在傳回的值的基礎(chǔ)上重新進(jìn)行計(jì)數(shù)器運(yùn)算。

本系統(tǒng)的校準(zhǔn)模塊中在校準(zhǔn)器中將每個(gè)計(jì)數(shù)器從前一個(gè)計(jì)數(shù)器中獲取的進(jìn)位信號(hào)與按鍵1按鍵2的信號(hào)進(jìn)行一定邏輯運(yùn)算，這樣當(dāng)時(shí)鐘觸發(fā)或者符合條件的按鍵2按下時(shí)選中修改位都能進(jìn)行加法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)功能。閃爍功能則是按鍵1選中某一位的時(shí)候，讓改位顯示在真實(shí)計(jì)時(shí)數(shù)和顯示為空之間來回切換。

如圖4所示，鬧鐘模塊：按鍵3按下的信號(hào)與按鍵4按下的信號(hào)在定時(shí)器中進(jìn)行了一定邏輯運(yùn)算，進(jìn)行鬧鐘模式的切換和修改位的選擇，按鍵1、按鍵2按下的信號(hào)進(jìn)入加減器，進(jìn)行鬧鐘的設(shè)定，定時(shí)器的值與數(shù)字鐘計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器B、計(jì)數(shù)器C當(dāng)前的值分別進(jìn)入比較器C后進(jìn)行比較，當(dāng)兩者相等時(shí)，輸入信號(hào)1到LCD模塊和音頻模塊。

本系統(tǒng)的鬧鐘模塊，在第一次按下按鍵4后進(jìn)入定時(shí)狀態(tài)，可通過按鍵3對要修改的時(shí)分秒位進(jìn)行選擇，通過按鍵2、按鍵1進(jìn)行加減設(shè)定鬧鐘，第二次按下按鍵4，退出鬧鐘設(shè)置，向LCD輸出信號(hào)0，LCD解碼后將會(huì)在LCD上顯示一個(gè)鬧鐘標(biāo)記。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)置的鬧鐘時(shí)間時(shí)，向LCD模塊和音頻模塊輸出信號(hào)1，LCD解碼后將會(huì)LCD上的鬧鐘標(biāo)記消失，音頻模塊揚(yáng)聲器會(huì)播放從SD卡中獲取的音樂。第三次按下按鍵4，取消鬧鐘，同樣向LCD輸出信號(hào)1。再次按下，再次設(shè)置鬧鐘。

如圖5所示，整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊：從數(shù)字鐘模塊中計(jì)數(shù)器A、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器C獲取時(shí)分秒信號(hào)，輸入比較器A中，判斷是否達(dá)到整點(diǎn)，再將信號(hào)輸入比較器B中，判斷是在白天還是夜晚（白天音量高，夜晚音量低），然后輸入信號(hào)到音頻模塊，觸發(fā)揚(yáng)聲器。

本系統(tǒng)的整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊，將當(dāng)前時(shí)間的分秒與xx：59：50進(jìn)行比較，若相等，則輸出信號(hào)1到音頻模塊，觸發(fā)揚(yáng)聲器。

音頻模塊：讀取SD卡中的音樂，收到信號(hào)1時(shí)，觸發(fā)揚(yáng)聲器，播放音樂。

LCD模塊：根據(jù)輸入的數(shù)值，在內(nèi)部進(jìn)行編碼后在LCD屏幕上顯示。

分頻器通過分頻產(chǎn)生一個(gè)1Hz的時(shí)鐘信號(hào)，傳給數(shù)字鐘模塊，數(shù)字鐘模塊通過計(jì)數(shù)器A-I進(jìn)位產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)間，并將實(shí)時(shí)時(shí)間傳遞給校準(zhǔn)模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鐘模塊和LCD模塊。校準(zhǔn)模塊在進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，從數(shù)字鐘模塊獲取實(shí)時(shí)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后將設(shè)置時(shí)間傳給數(shù)字鐘模塊。整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊從數(shù)字鐘模塊獲取實(shí)時(shí)時(shí)間，輸入比較器中，在時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)時(shí)傳遞信息給音頻模塊，音頻模塊啟動(dòng)。鬧鐘模塊從數(shù)字鐘模塊獲取實(shí)時(shí)時(shí)間，和設(shè)置的鬧鐘時(shí)間一起輸入比較器中，相同時(shí)傳遞信息給音頻模塊。LCD模塊獲取實(shí)時(shí)時(shí)間后在LCD顯示。通過按鍵可以控制顯示的內(nèi)容，進(jìn)行校準(zhǔn)和鬧鐘的設(shè)置。

本實(shí)用新型所涉及到的方法或軟件均為現(xiàn)有技術(shù)，不屬于本實(shí)用新型的創(chuàng)新內(nèi)容，本實(shí)用新型只對硬件進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新。

以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，因此，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。