实验教程电子钟ppt培训课件

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1、2018/9/17,1,计算机EDA设计实验教程,实验十一 电子日历和电子时钟,北航计算机学院 艾明晶,2018/9/17,2,内容概要,实验目的 实验要求 实验原理 实验指导 实验内容 实验报告,2018/9/17,3,实验目的,掌握电子日历和电子时钟的原理。 熟悉同步及异步时序电路和相应计数器的设计方法。 综合应用前面的设计如计数器、分频电路、数码管扫描显示等知识。,2018/9/17,4,实验要求,设计一个电子日历和电子时钟 计时功能：包括对时间和日期的计时； 校时功能：能用按钮方便地设置各时间单位计数初值，且当选择了某对象后，所对应的数码管闪烁点亮； 清零功能：能用按钮将时间清为0点0

2、分0秒，或将日期清为00年1月1日，星期一；或将闹钟定时设置清为0点0分；,2018/9/17,5,定时提醒（闹钟）的功能：能在设定的时间发出闹铃音，即持续20秒的急促的“嘀嘀”音，若按住setn键不放，可屏蔽闹铃音； 整点报时功能：每逢整点，产生“嘀嘀嘀嘀嘟”四短一长的报时音； 显示功能：同时采用6个数码管扫描显示时间或日历或闹钟定时的值。使用显示模式切换按钮（moden），当按动不同的次数时，分别选择显示时间、日期、星期和闹钟定时。,2018/9/17,6,利用GW48-SOPC+实验开发系统实现设计的编程下载 编程器件为EP1C12Q240C8； 系统时钟fclk = 20MHz； 使用

3、实验箱上的未防抖开关键9进行显示模式切换，使用键10和键11选择设置计数初值对象和设置计数初值； 使用数码管数码1、2、4、5、7、8实现计数值的扫描显示； 使用扬声器SPEAKER播放闹铃音和整点报时音； 使用键12、键13和键14实现对时间、日期和闹钟定时的清零功能 。,2018/9/17,7,实验原理,电子日历和电子时钟在设计思想上并无多少差异，二者都是利用几级分频电路对时钟信号分频计数，以达到计时的功能。 开发系统上采用的时钟信号的频率是20MHz，可分别设计计数器对其分频计数，包括计秒、分、小时、日、周、月以及年等。在每一级上显示输出，即构成了一个电子日历和时钟的模型。 为了可以随意

4、调整计数值，还应包含设定计数初值的电路。,2018/9/17,8,实验指导,1. 信号定义及下载板资源分配 输入信号 clk：系统时钟信号 20MHz，接Pin28 moden：选择显示时间或日历或闹钟定时的显示模式切换信号，接按钮开关键9 selectn：选择设置计数初值对象信号，接按钮开关键10 setn：设置计数初值信号，接按钮开关键11 clr_timen：时间复位信号，接按钮开关键12 clr_daten：日期复位信号，接按钮开关键13 clr_alarm_setn：清除闹钟定时设置信号，接按钮开关键14,注意：键9 14输出均为负脉冲有效！,2018/9/17,9,输出信号 ala

5、rm：输出到扬声器的信号，产生闹铃音和整点报时音； out70：从高到低分别对应数码管的p（小数点）、g、f、e、d、c、b、a各段； scan_en18：分别驱动8个数码管数码18的扫描显示控制端 。,2018/9/17,10,2. 设计思路,建议采用顶层图形设计方法，为快速仿真，先不考虑下载时实际使用的系统时钟是多少，假定这里的输入时钟周期为T=1ms。 将整个电路划分为7个子模块： 时钟分频子模块（两个）； 按钮消抖电路子模块； 选择设置计数初值对象子模块； 分频计数子模块（关键）； 闹钟定时和整点报时子模块（关键） ； 数码管扫描显示子模块； 七段码译码器子模块。,2018/9/17,

6、11,顶层图形文件ecc.bdf,（3）选择设置计数初值对象,（4）分频计数,（2）按钮消抖,（1）时钟分频,2018/9/17,12,顶层图形文件ecc.bdf（续）,（6）数码管扫描显示,（7）七段码译码器,（5）闹钟定时和整点报时,2018/9/17,13,（1）时钟分频子模块,时钟分频子模块有两个 clkdiv1000.v对输入时钟（f=1KHz，T=1ms）进行1000分频，获得1Hz的时钟，作为分频计数子模块fdiv_cnt.bdf的输入时钟。 clkout必须在计够分频计数值后才有一个正跳变，这样才与实际情况相符！,2018/9/17,14,（1）时钟分频子模块（续）,clkdi

7、v.v对输入时钟（f=1KHz）进行250分频，获得4Hz的时钟，作为产生闹铃音，以及数码管闪烁显示的时钟信号；对输入时钟进行100分频，获得10Hz的时钟，作为设置计数初值时按下setn键能够连续快速加1的时钟信号。,注意：在设计clkdiv.v时，使输出时钟信号clk_4Hz为方波！,2018/9/17,15,clkdiv.v的仿真波形,2018/9/17,16,（2）按钮消抖电路子模块,将按钮开关的负脉冲信号转换为正脉冲信号输出（其定时宽度至少为500ms，若定时长度选得过短，抖动不能够完全消除！）。,500ms,响应pbn信号，signal由“0”变为“1”，并保持500ms。,201

8、8/9/17,17,（3）选择设置计数初值对象子模块,功能 根据显示模式切换信号mode选择是显示时间，或是日历，或是闹钟定时； 在不同的显示模式下，当按动select，使计数器sel10加1计数，从而选择不同的计数初值对象（如在显示时间模式下，按动select，则可以选择是设置小时，还是设置分钟，或是设置秒）； 并根据显示模式、sel10的值和set产生设置不同对象计数初值的时钟信号。,2018/9/17,18,（3）选择设置计数初值对象子模块（续）,整个子模块可分成4个部分，包括3个always块和一组assign连续赋值语句： mode信号控制显示不同的输出信号always (posed

9、ge mode) 使选择设置对象的计数器sel2:0加1always (posedge select or posedge mode) 若长时间按下set键，则生成num1信号，用于设置初值时连续快速加1 采用连续赋值语句，根据计数器disp_mode10 和sel10的值以及set确定调整时间的信号set_hr等的值 例：assign set_hr= (disp_mode=0) ,2018/9/17,19,（4）分频计数子模块fdiv_cnt.bdf,总体设计思路 由6个分频子模块组成。假定系统时钟20MHz已被分频为f=1Hz后送入fdiv_cnt.bdf作为输入时钟，则对其逐级分频计数，

10、包括秒、分、小时、日，以及周、月和年的计数。 计数时均使用了二进制编码的十进制（即BCD码）计数并直接显示。 采用异步计数方式。 选用异步清零方式。,2018/9/17,20,fdiv_cnt.bdf的原理图,2018/9/17,21,fdiv_cnt.bdf的原理图（续）,2018/9/17,22,对日的计数子模块,功能：对输入的日时钟clki进行28或31分频，根据是否闰年和月份对天计数，输出日期；并产生月时钟信号mon_clk。 在计日时，必须考虑当前的月份是几月来确定终值； 当月份为二月时还要判断是否为闰年。,注意：当清零信号有效时，日的初始值为1，而不是0！,2018/9/17,23

11、,注：关于闰年、闰日,一回归年的时间为365天5时48分46秒。阳历把一年定为365天，所余的时间约每4年积累成一天，加在二月里。这样的方法，在历法上叫做闰。 阳历四年一闰，在二月末加一天，这一天叫做闰日（leap day）。阳历有闰日的一年叫做闰年（leap year），这年有366天。所以阳历平常年份每年365天，二月为28天；闰年为366天，二月为29天。因此，每400年中有97个闰年。2000年2099年间有25个闰年。 本实验中按阳历计时！ 阳历闰年的计算方法：能被4整除、且不能被100整除的年为闰年（如1904年）；能被400整除的年为闰年（如2000年）。不能被4整除的年为平年（

12、如1901年）；能被4整除、也能被100整除的年为平年（如1900年）。,2018/9/17,24,功能：对年计数，输出年份；并根据哪年是闰年产生leapyear信号。 关键是对闰年的判断法，最简单的方法是求模（%），也可以采用枚举的方法。 注意：如果采用求模的方法，首先要声明一个二进制计数器（如cnt7:0），将BCD码转换为真正的十进制数！然后再用cnt7:0模4，求得leapyear，否则leapyear不正确！想一想，为什么？,对年计数子模块fdivyear.v,2018/9/17,25,功能：对输入的月时钟12分频，即对月计数，输出月份；并产生年时钟信号year_clk。,对月计数子

13、模块fdiv12.v,注意：清零后其初值应为1而不是0。计数时必须采用非阻塞赋值语句，否则month在clki有效的第一个值为2，而不是1。,2018/9/17,26,（5）闹钟定时和整点报时子模块,主要完成功能 闹钟定时中的小时、分设置； 在正常计时到闹钟设定值时产生持续20s的闹铃音，若按住set键不放，可屏蔽闹铃音； 每逢整点，产生“嘀嘀嘀嘀嘟”四短一长的报时音； 当按动clr_alarm_set键，复位闹钟定时设置为0点0分。,难点 !,2018/9/17,27,输入信号 clk_4Hz（T=250ms），来自clkdiv.v的输出，作为闹铃功能和整点报时功能的基准时钟信号 clk_1

14、KHz（T=1ms），来自clkdiv1000.v的输出，作为产生闹铃音、报时音音调的时钟信号 disp_mode 1:0：显示模式，来自route.v的输出 sec7:0，min7:0，hour7:0：秒、分钟和小时的计数值，来自fdiv_cnt.bdf的输出 set_ahr，set_amin：设定闹钟定时的时钟信号，来自route.v的输出 set：设置计数初值信号,2018/9/17,28,输出信号 amin7:0，ahour7:0：闹钟定时计数器的输出，送至scan_disp.v alarm：输出到扬声器的信号，产生闹铃音和报时音 ear：周期为1s，用于产生整点报时音 alarm2：

15、整点报时信号,2018/9/17,29,/ -（1）闹钟定时中的小时设置 always (posedge set_ahr or posedge clr_alarm_set) /-（2）闹钟定时中的分设置 always (posedge set_amin or posedge clr_alarm_set) /-（3）闹铃功能 always (posedge clk_4Hz) /-（4）整点报时功能 always (posedge clk_4Hz) /（a）产生ear信号（周期为1s），用于产生整点报时音 always /（b）产生整点报时信号alarm2 assign alarm=(alarm1

16、)? clk_4Hz /*（c）产生闹铃音或整点报时音。当alarm1为1时，每0.25s产生一个音频为1KHz的闹铃音：alarm=clk_4Hz&clk_1KHz；并持续20s。*/,整个子模块可分成4个部分,2018/9/17,30,（6）数码管扫描显示子模块,功能 当disp_mode为不同的值3、2、1、0时，分别显示闹钟定时、星期、年月日以及时分秒 。 闪烁功能：当要手动调整时间或设置闹钟定时时，选择了某对象（如时间中的小时）后，所对应的数码管（数码1、数码2）闪烁点亮，以表示要对该对象初值进行设置。,注意：数码3、6始终不亮，闹钟定时只有数码1、2、4、5亮，显示星期只有数码1亮

17、。,2018/9/17,31,（6）数码管扫描显示子模块（续）,设计思路： 声明一个reg型变量state2:0作为状态机，它有6个状态s6s1，分别驱动串行扫描控制信号scan_en8、scan_en7、scan_en5、scan_en4、scan_en2、scan_en1。当state2:0分别为s1、s2、s6时，scan_en8:1分别为128、64、16、8、2、1，使得数码管8、7、5、4、2、1分时点亮。 整个程序包括3个部分：/ 1. 状态机的状态转移/注意使数码6和数码3始终不亮/采用if-else语句描述状态转移/ 2. 闪烁使能信号赋值/3. 产生七段码数码管的输入信号和使能信号 /采用case语句的嵌套，根据disp_mode和state的值来决定串行扫描数据scan_data和扫描控制信号scan_en的值,