一、项目要求

1. 实现一个可定时时钟的功能，用小脚丫FPGA核心模块的4个按键设置当前的时间，OLED显示数字钟的当前时间，精确到分钟即可，到整点的时候比如8:00，蜂鸣器报警，播放音频信号，最长可持续30秒；

2. 实现温度计的功能，小脚丫通过板上的温度传感器实时测量环境温度，并同时间一起显示在OLED的屏幕上；

3. 定时时钟整点报警的同时，将温度信息通过UART传递到电脑上，电脑上能够显示当前板子上的温度信息（任何显示形式都可以），要与OLED显示的温度值一致；

4. PC收到报警的温度信号以后，将一段音频文件（自己制作，持续10秒钟左右）通过UART发送给小脚丫FPGA，蜂鸣器播放收到的这段音频文件，OLED屏幕上显示的时间信息和温度信息都停住不再更新；

5. 音频文件播放完毕，OLED开始更新时间信息和当前的温度信息

二、系统设计

三、部分截取代码

1、顶层代码

always @ ( posedge clk_in or negedge rst_n_in )
if ( ~rst_n_in )
en <= 1'b1;
else if ( flag )
en <= 1'b0;
else if ( play_done )
en <= 1'b1;


time_generator time_generator_inst(
.clk_in (clk_in ),
.rst_n_in (rst_n_in ),
.control (key ),
.en (en ),
.time_out (time_data ),
.flag (flag )
);


DS18B20Z DS18B20Z_inst(
.clk_in (clk_in ),
.rst_n_in (rst_n_in ),
.en (en ),
.one_wire (one_wire ),
.tamp_out (tamp_data )
);


OLED12832 OLED12832_inst(
.clk_in (clk_in ),
.rst_n_in (rst_n_in ),
.time_data (time_data[23:8] ),
.tamp_data (tamp_data ),
.oled_csn (oled_csn ),
.oled_rst (oled_rst ),
.oled_dcn (oled_dcn ),
.oled_clk (oled_clk ),
.oled_dat (oled_dat )
);

wire rx_done;
wire [9:0] data_length;
wire [959:0] data_buffer;

uart_top #
(
.BPS_PARA (1250 )
)
uart_top_inst(
.clk_in (clk_in ),
.rst_n_in (rst_n_in ),
.flag (flag ),
.tamp_data (tamp_data ),
.rs232_rx (rs232_rx ),
.rs232_tx (rs232_tx ),
.data_length (data_length ),
.data_buffer (data_buffer ),
.rx_done (rx_done )
);


beeper_control beeper_control_inst(
.clk_in (clk_in ),
.rst_n_in (rst_n_in ),
.en (~en ),
.rx_done (rx_done ),
.data_length (data_length ),
.data_buffer (data_buffer ),
.piano_out (piano_out ),
.play_done (play_done )
);


segment segment_inst(
.seg_data_1 (time_data[7:4] ),
.seg_data_2 (time_data[3:0] ),
.seg_led_1 (seg_led_1 ),
.seg_led_2 (seg_led_2 )
);

2、时钟模块

always @ ( posedge clk_in_5hz or negedge rst_n_in )
if (~rst_n_in)
time_shi <= 8'd0;
else if( en && ((time_fen[7:4]==4'd5 && time_fen[3:0]==4'd9 && time_miao[7:4]==4'd5 && time_miao[3:0]==4'd9 && cnt == 3'd4) || ~control[2]) )begin
if( time_shi[7:4]==4'd2 && time_shi[3:0]==4'd3 )
time_shi <= 8'd0;
else if ( time_shi[3:0]==4'd9 ) begin
time_shi[7:4] <= time_shi[7:4] + 1'b1;
time_shi[3:0] <= 4'd0;
end
else
time_shi[3:0] <= time_shi[3:0] + 1'b1;
end

always @ ( posedge clk_in_5hz or negedge rst_n_in )
if (~rst_n_in)
time_fen <= 8'd0;
else if( en && ((time_miao[7:4]==4'd5 && time_miao[3:0]==4'd9 && cnt == 3'd4) || ~control[1]) )begin
if( time_fen[7:4]==4'd5 && time_fen[3:0]==4'd9 )
time_fen <= 8'd0;
else if ( time_fen[3:0]==4'd9 ) begin
time_fen[7:4] <= time_fen[7:4] + 1'b1;
time_fen[3:0] <= 4'd0;
end
else
time_fen[3:0] <= time_fen[3:0] + 1'b1;
end

always @ ( posedge clk_in_5hz or negedge rst_n_in )
if (~rst_n_in)
time_miao <= 8'd0;
else if ( en && (cnt == 3'd4 || ~control[0])) begin
if( time_miao[7:4]==4'd5 && time_miao[3:0]==4'd9)
time_miao <= 8'd0;
else if ( time_miao[3:0]==4'd9 ) begin
time_miao[7:4] <= time_miao[7:4] + 1'b1;
time_miao[3:0] <= 4'd0;
end
else
time_miao[3:0] <= time_miao[3:0] + 1'b1;
end

3、温度模块

/tamp_out
always @ (posedge clk_in_1mhz or negedge rst_n_in)
if ( ~rst_n_in )
tamp_out <= 12'd0;
else if (en) begin
case(data_out[2:0])
3'b000: tamp_out[3:0] <= (data_out[3])?4'd5:4'd0;
3'b001,3'b010: tamp_out[3:0] <= (data_out[3])?4'd6:4'd1;
3'b011: tamp_out[3:0] <= (data_out[3])?4'd7:4'd2;
3'b100,3'b101: tamp_out[3:0] <= (data_out[3])?4'd8:4'd3;
3'b110,3'b111: tamp_out[3:0] <= (data_out[3])?4'd9:4'd4;
endcase
case(data_out[7:4])
4'b0000: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd1:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd6:4'd0; end
4'b0001: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd1:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd7:4'd1; end
4'b0010: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd1:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd8:4'd2; end
4'b0011: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd1:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd9:4'd3; end
4'b0100: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd0:4'd4; end

4'b0101: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd1:4'd5; end
4'b0110: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd2:4'd6; end
4'b0111: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd3:4'd7; end
4'b1000: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd4:4'd8; end
4'b1001: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd0; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd5:4'd9; end

4'b1010: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd1; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd6:4'd0; end
4'b1011: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd1; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd7:4'd1; end
4'b1100: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd1; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd8:4'd2; end
4'b1101: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd2:4'd1; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd9:4'd3; end

4'b1110: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd3:4'd1; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd0:4'd4; end
4'b1111: begin tamp_out[11:8] <= (data_out[8])?4'd3:4'd1; tamp_out[7:4] <= (data_out[8])?4'd1:4'd5; end
endcase

4、OLED模块

always@(posedge rst_n_in)
begin
//0
mem1[ 0] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'hF0, 8'h1F, 8'h00};
mem1[ 1] = {8'h00, 8'hFE, 8'hFF, 8'h00, 8'h00, 8'hFF, 8'hFF, 8'h03};
mem1[ 2] = {8'h80, 8'h07, 8'hC0, 8'h03, 8'hC0, 8'h01, 8'h00, 8'h07};
mem1[ 3] = {8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h06, 8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h0E};
mem1[ 4] = {8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h0E, 8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h06};
mem1[ 5] = {8'hC0, 8'h03, 8'h00, 8'h07, 8'h80, 8'h0F, 8'hE0, 8'h03};
mem1[ 6] = {8'h00, 8'hFF, 8'hFF, 8'h01, 8'h00, 8'hFC, 8'h7F, 8'h00};
mem1[ 7] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//1
mem1[ 8] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[ 9] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h1C, 8'h00, 8'h00};
mem1[10] = {8'h00, 8'h0C, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h06, 8'h00, 8'h00};
mem1[11] = {8'h00, 8'h03, 8'h00, 8'h00, 8'hC0, 8'hFF, 8'hFF, 8'h07};
mem1[12] = {8'hC0, 8'hFF, 8'hFF, 8'h07, 8'hC0, 8'hFF, 8'hFF, 8'h07};
mem1[13] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[14] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[15] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//2
mem1[16] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h04, 8'h00, 8'h00};
mem1[17] = {8'h00, 8'h07, 8'h00, 8'h07, 8'h80, 8'h07, 8'h80, 8'h07};
mem1[18] = {8'hC0, 8'h03, 8'hC0, 8'h07, 8'hC0, 8'h01, 8'hE0, 8'h07};
mem1[19] = {8'hC0, 8'h00, 8'h70, 8'h06, 8'hC0, 8'h00, 8'h38, 8'h06};
mem1[20] = {8'hC0, 8'h00, 8'h1E, 8'h06, 8'hC0, 8'h00, 8'h0F, 8'h06};
mem1[21] = {8'hC0, 8'hC1, 8'h03, 8'h06, 8'h80, 8'hFF, 8'h01, 8'h06};
mem1[22] = {8'h80, 8'hFF, 8'h00, 8'h06, 8'h00, 8'h1E, 8'h00, 8'h06};
mem1[23] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//3
mem1[24] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h40, 8'h00};
mem1[25] = {8'h00, 8'h06, 8'hC0, 8'h01, 8'h00, 8'h0F, 8'hE0, 8'h03};
mem1[26] = {8'h80, 8'h03, 8'h80, 8'h07, 8'hC0, 8'h01, 8'h00, 8'h07};
mem1[27] = {8'hC0, 8'h80, 8'h01, 8'h06, 8'hC0, 8'h80, 8'h01, 8'h0E};
mem1[28] = {8'hC0, 8'h80, 8'h01, 8'h0E, 8'hC0, 8'hC0, 8'h03, 8'h06};
mem1[29] = {8'hC0, 8'hC1, 8'h03, 8'h07, 8'h80, 8'h7F, 8'hDF, 8'h03};
mem1[30] = {8'h80, 8'h7F, 8'hFE, 8'h03, 8'h00, 8'h1E, 8'hFC, 8'h00};
mem1[31] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//4
mem1[32] = {8'h00, 8'h00, 8'h70, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h78, 8'h00};
mem1[33] = {8'h00, 8'h00, 8'h7E, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h7F, 8'h00};
mem1[34] = {8'h00, 8'hC0, 8'h73, 8'h00, 8'h00, 8'hE0, 8'h71, 8'h00};
mem1[35] = {8'h00, 8'h70, 8'h70, 8'h00, 8'h00, 8'h3C, 8'h70, 8'h00};
mem1[36] = {8'h00, 8'h1E, 8'h70, 8'h00, 8'h80, 8'h07, 8'h70, 8'h00};
mem1[37] = {8'hC0, 8'hFF, 8'hFF, 8'h07, 8'hC0, 8'hFF, 8'hFF, 8'h07};
mem1[38] = {8'h00, 8'h00, 8'h70, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h70, 8'h00};
mem1[39] = {8'h00, 8'h00, 8'h70, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//5
mem1[40] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h80, 8'hC1, 8'h01};
mem1[41] = {8'h00, 8'hF8, 8'hE1, 8'h03, 8'hC0, 8'hFF, 8'h81, 8'h07};
mem1[42] = {8'hC0, 8'hCF, 8'h00, 8'h06, 8'hC0, 8'h60, 8'h00, 8'h0E};
mem1[43] = {8'hC0, 8'h60, 8'h00, 8'h0E, 8'hC0, 8'h60, 8'h00, 8'h0E};
mem1[44] = {8'hC0, 8'h60, 8'h00, 8'h0E, 8'hC0, 8'hE0, 8'h00, 8'h07};
mem1[45] = {8'hC0, 8'hC0, 8'h01, 8'h07, 8'hC0, 8'hC0, 8'hE7, 8'h03};
mem1[46] = {8'hC0, 8'h80, 8'hFF, 8'h01, 8'h00, 8'h00, 8'hFE, 8'h00};
mem1[47] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//6
mem1[48] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h7C, 8'h00};
mem1[49] = {8'h00, 8'h00, 8'hFF, 8'h01, 8'h00, 8'hC0, 8'hFF, 8'h03};
mem1[50] = {8'h00, 8'hF0, 8'h83, 8'h07, 8'h00, 8'hF8, 8'h01, 8'h07};
mem1[51] = {8'h00, 8'hFE, 8'h00, 8'h06, 8'h00, 8'hCF, 8'h00, 8'h0E};
mem1[52] = {8'hC0, 8'hC7, 8'h00, 8'h0E, 8'hC0, 8'hC1, 8'h00, 8'h0E};
mem1[53] = {8'hC0, 8'hC0, 8'h00, 8'h06, 8'h00, 8'hC0, 8'h01, 8'h07};
mem1[54] = {8'h00, 8'h80, 8'hFF, 8'h03, 8'h00, 8'h00, 8'hFF, 8'h01};
mem1[55] = {8'h00, 8'h00, 8'hFE, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//7
mem1[56] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[57] = {8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[58] = {8'hC0, 8'h00, 8'h00, 8'h04, 8'hC0, 8'h00, 8'h80, 8'h07};
mem1[59] = {8'hC0, 8'h00, 8'hF0, 8'h07, 8'hC0, 8'h00, 8'hFE, 8'h01};
mem1[60] = {8'hC0, 8'h80, 8'h3F, 8'h00, 8'hC0, 8'hE0, 8'h07, 8'h00};
mem1[61] = {8'hC0, 8'hF8, 8'h00, 8'h00, 8'hC0, 8'h3E, 8'h00, 8'h00};
mem1[62] = {8'hC0, 8'h0F, 8'h00, 8'h00, 8'hC0, 8'h03, 8'h00, 8'h00};
mem1[63] = {8'hC0, 8'h01, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//8
mem1[64] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'hFC, 8'h01};
mem1[65] = {8'h00, 8'h7F, 8'hFE, 8'h03, 8'h80, 8'h7F, 8'hCF, 8'h07};
mem1[66] = {8'hC0, 8'hE1, 8'h07, 8'h07, 8'hC0, 8'hC0, 8'h03, 8'h06};
mem1[67] = {8'hC0, 8'h80, 8'h01, 8'h0E, 8'hC0, 8'h80, 8'h01, 8'h0E};
mem1[68] = {8'hC0, 8'h80, 8'h01, 8'h0E, 8'hC0, 8'hC0, 8'h03, 8'h06};
mem1[69] = {8'hC0, 8'hE1, 8'h03, 8'h07, 8'h80, 8'h7F, 8'h8F, 8'h07};
mem1[70] = {8'h00, 8'h7F, 8'hFE, 8'h03, 8'h00, 8'h1E, 8'hFC, 8'h01};
mem1[71] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//9
mem1[72] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'hFE, 8'h01, 8'h00};
mem1[73] = {8'h00, 8'hFF, 8'h03, 8'h00, 8'h80, 8'h87, 8'h07, 8'h00};
mem1[74] = {8'hC0, 8'h01, 8'h07, 8'h08, 8'hC0, 8'h01, 8'h06, 8'h0E};
mem1[75] = {8'hC0, 8'h00, 8'h86, 8'h0F, 8'hC0, 8'h00, 8'hE6, 8'h03};
mem1[76] = {8'hC0, 8'h00, 8'hFE, 8'h01, 8'hC0, 8'h01, 8'h7F, 8'h00};
mem1[77] = {8'hC0, 8'h83, 8'h1F, 8'h00, 8'h80, 8'hFF, 8'h07, 8'h00};
mem1[78] = {8'h00, 8'hFF, 8'h03, 8'h00, 8'h00, 8'h7E, 8'h00, 8'h00};
mem1[79] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//:
mem1[80] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[81] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[82] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[83] = {8'h00, 8'h0F, 8'hF0, 8'h00, 8'h00, 8'h0F, 8'hF0, 8'h00};
mem1[84] = {8'h00, 8'h0F, 8'hF0, 8'h00, 8'h00, 8'h0F, 8'hF0, 8'h00};
mem1[85] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[86] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[87] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
//space
mem1[88] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[89] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[90] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[91] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[92] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[93] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[94] = {8'h00, 8'h00, 8'h30, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
mem1[95] = {8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00, 8'h00};
end

5、uart模块

//tx_done发送完成信号
assign tx_done = bps_en_tx2 & bps_en_tx1 & (~bps_en_tx0) & (~bps_en_tx);

//tx_data_length
always @ ( posedge clk_in or negedge rst_n_in )
if ( ~rst_n_in )
tx_data_length <= 2'd0;
else if ( flag )
tx_data_length <= 2'd1;
else if ( tx_done )
tx_data_length <= tx_data_length - 1'b1;

//tx_data
reg [7:0] tx_data;
always @ ( posedge clk_in or negedge rst_n_in )
if ( ~rst_n_in )
tx_data <= 8'd0;
else if ( flag )
tx_data <= tamp_data[11:4];
else if ( tx_done )
tx_data <= {4'd0,tamp_data[3:0]};

//tx_en
wire tx_en;
assign tx_en = ( flag || (tx_done&&tx_data_length)) ? 1'b1:1'b0;

//tx_en_r
reg tx_en_r;
always @ ( posedge clk_in or negedge rst_n_in )
if ( ~rst_n_in )
tx_en_r <= 1'b0;
else
tx_en_r <= tx_en;

6、蜂鸣器模块

eg [23:0] cnt;
always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(~rst_n_in)
cnt <= 24'd0;
else if(cnt == 24'd3999999)
cnt <= 24'd0;
else
cnt <= cnt + 1'b1;

reg [9:0] data_length_reg;
always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(~rst_n_in)
data_length_reg <= 10'd0;
else if ( rx_done )
data_length_reg <= data_length;
else if ( data_length_reg && cnt == 24'd3999999)
data_length_reg <= data_length_reg - 1'b1;

reg [959:0] data_buffer_reg;
always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in)
if(~rst_n_in)
data_buffer_reg <= 960'd0;
else if ( rx_done )
data_buffer_reg <= data_buffer;
else if ( data_length_reg && cnt == 24'd3999999) begin
data_buffer_reg <= data_buffer_reg>>8;
end

四、资源占用情况

五、项目总结

    本次项目中我体会到自己发现问题、解决问题的重要性，通过网上搜寻各种各样的资料可以有效的帮助我们找到解决方案，同时我也体会到和同学一起交流学习也能显著提高项目的进展速度，我的资源占用比其他同学高出不少，这个可以在未来做出一些优化。

    最后特别感谢提供过帮助的同学，最后也感谢小脚丫平台给了这样一次难得的学习机会。