一、项目需求

1. 使用扩展板上的12颗彩灯对应于12个小时
2. 核心板上的FPGA产生时钟，在OLED显示评上通过模拟或者数字的方式显示当前的时间 - 小时、分、秒
3. 将“小时”的信息通过12颗彩灯来显示，效果自行设计
4. 具有定时的功能，通过扩展板上的按键设置时间，到该时间点即（彩灯闪烁 + 音频播放），持续5秒钟时间
5. 音频播放通过扩展板上的蜂鸣器来实现

二、完成的功能

首先按下“RUN”键会显示初始页面，是一些基本信息。

“K1”键可以调节不同的模式，总共有八种模式，分别为：
1.初始界面（基本信息）

2.显示当前时间，闹钟时间，倒计时（如下图）

3.调节当前时间的“时”
4.调节当前时间的“分”
5.调节当前时间的“秒”
6.调节闹钟时间的“时”（如下图）
7.调节闹钟时间的“分”

8.调节闹钟时间的“秒”

上述对时间的调节均是通过“K2”键来实现，12个灯板会对应当前时间的“时”。

设定好当前时间与闹钟时间后，需要回到模式2，然后到了设定的时间，蜂鸣器就会播放音乐，灯板会闪亮（需按“K2”键取消）。

如下图，我设置了闹钟02:37:33，到时间后就会触发一系列反应。

三、实现思路
为了实现以上功能，主要有以下几个关键模块:

时钟模块 (time_cal.v)：计算当前小时、分钟和秒。

时间差值计算 (disparity_time.v)：计算倒计时。
显示模块 (oled_chinese.v)：控制 OLED 上的时间显示，包括数字和模拟显示模式。
LED 灯控制 (ws2812.v)：通过 WS2812 控制 LED 环，对当前时间进行运行渲染。
音频控制 (beeper_ctrl.v, beeper.v)：在预设时间到达时提醒，并通过按键停止。
按键处理 (debounce.v, key_debounce.v)：实现按键输入去振，磁带按键的出发信号。

模式控制系统 (key1_function.v,key2_function.v):OLED显示模式切换（8种模式），调节时间与闹钟。

流程图

功能框图

FPGA资源占用报告

四、实现过程

1. 时钟模块实现

时钟模块 time_cal.v 用于生成时间，以下是其主要代码：

always @(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst)
    begin
        second <= 6'd0;
        minute <= 6'd0;
        hour <= 6'd0;
    end
    else if (second == 6'd59)
    begin
        second <= 6'd0;
        if (minute == 6'd59)
        begin
            minute <= 6'd0;
            if (hour == 6'd23)
                hour <= 6'd0;
            else
                hour <= hour + 1'b1;
        end
        else
            minute <= minute + 1'b1;
    end
    else
        second <= second + 1'b1;
end

2. OLED 显示实现

oled_chinese.v 控制 OLED 屏幕上的时间显示，以下是一个基本样式代码：

always @(posedge clk)
begin
    if(display_mode == 0)
        oled_data <= {hour[3:0], minute[3:0], second[3:0]};
    else
        oled_data <= custom_graphic; // 模拟表盘显示
end

3. LED 环控制

ws2812.v 控制 WS2812 LED 灯，对应小时以 LED 渲染出来：

always @(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst)
        led_color <= 24'h000000;
    else case(hour)
        1: led_color <= 24'hFF0000;  // 1点 红色
        2: led_color <= 24'h00FF00;  // 2点 绿色
        3: led_color <= 24'h0000FF;  // 3点 蓝色
        ...
        default: led_color <= 24'hFFFFFF; // 默认 白色
    endcase
end

4. 音频控制

beeper_ctrl.v 控制音频，进行进一步触发。当时间到达时，启动音频展示：

always @(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst)
    begin
        beeper_en <= 1'b0;
        cnt_5s <= 0;
    end
    else if(beeper_start)
        beeper_en <= 1'b1;
    else if(beeper_stop || cnt_5s == MAX_5s - 1'b1)
        beeper_en <= 1'b0;
    else if(beeper_en)
        cnt_5s <= cnt_5s + 1'b1;
end

五、遇到的主要难题

1.由于 WS2812 LED 需要非常精确的时间控制，刚开始灯光无法正常点亮。后来通过使用 状态机 进行数据发送，并借助工具调试时序，才让 LED 按预期显示颜色。

2.按键有抖动，导致按一下可能被识别为多次按键。为了解决这个问题，增加了 按键去抖动 处理，让按键信号更加稳定。

3.由于 FPGA 资源有限，最开始代码运行时 FPGA 无法全部支持。后来通过 优化代码，减少不必要的存储和计算，成功让系统在 FPGA 上正常运行。
六、未来的改进建议

1.通过 蓝牙模块（如 HC-05），让手机端可以远程设定闹钟时间，增强用户体验。

2.通过 I²C 接口添加 温湿度传感器，让 OLED 显示实时环境信息