1、实验九 数字钟（综合实验）一、设计要求（数字钟的功能）1、具有时、分、秒计数显示功能，以二十四小时循环计时。2、具有清零，调节小时，分钟的功能。3、具有整点报时同时 LED 灯花样显示的功能。二、实验目的1、掌握多位计数器相连的设计方法。2、掌握十进制，六进制，二十四进制计数器的设计方法。3、继续巩固多位共阴极扫描显示数码管的驱动，及编码。4、掌握扬声器的驱动。5、LED 灯的花样显示。6、掌握 CPLD 技术的层次化设计方法。三、硬件要求1、主芯片 Altera EPM7128SLC84-15。2、8 个 LED 灯。3、扬声器。4、8 位 8 段扫描共阴极数码显示管。5、三个按键开关（清零
2、，调小时，调分钟） 。四、实验原理在同一 CPLD 芯片上集成了如下电路模块：1、时钟计数：秒60 进制 BCD 码计数。分60 进制 BCD 码计数。时24 进制 BCD 码计数。同时整个计数器有清零、调时、调分功能。在接近整数时能提供报时信号。2、具有驱动 8 位 8 段共阴极扫描数码管的片选驱动信号输出和 8 段字形译码输出。编码和扫描可参考“实验四” 。3、扬声器在整点时有报时驱动信号产生（响声持续多长时间？） 。4、LED 灯按个人口味在整点时有花样显示信号产生。五、实验内容及步骤1、根据电路特点，可在教师指导下用层次设计概念。将此设计任务分成若干模块，规定每一模块的功能和各模块之间
3、的接口。让几个学生分做和调试其中之一，然后再将各模块和起来联试。以培养学生之间的合作精神，同时加深层次化设计概念。2、了解软件的元件管理深层含义，以及模块元件之间的连接概念，对于不同目录下的同一设计，如何熔合。六、原理图 如图 9-1 所示（模块化设计）模块说明各种进制的计数及时钟控制模块（10 进制、六进制、24 进制） ；扫描分时显示，译码模块；彩灯，扬声器编码模块；各模块都是 AHDL 语言编写。七、实验连线输入接口：1、代表清零、调时、调分信号 RESET、SETHOUR、SETMIN 的管脚分别连接按键开关。2、代表计数时钟信号 CLK 和扫描时钟信号 CKDSP 的管脚分别同 1H
4、z 时钟源和 32Hz（或更高）时钟源相连。输出接口：1、代表扫描显示的驱动信号管脚 SEL2、SEL1、SEL0 和 a,b,c,d,e,f,g 参照实验四的连法。2、代表扬声器驱动信号的管脚 SPEAK 同扬声器驱动接口 SPEAKER 相连。3、代表花样灯显示信号管脚 LAMP0、LAMP1、LAMP2 同 3 个 LED 灯相连。八、实验报告让学生体会 CPLD 整个设计的优点，以及用扫描电路实现显示功能的潜在好处。然后集体讨论交流，相互加深对 CPLD 芯片设计过程的理解。图 9-1 （ Clock.gdf）附： AHDL 源程序1、 Second.tdf 秒钟模块 60 进制SUB
5、DESIGN Second (CLK,RESET : INPUT;A30,B30,CKMIN : OUTPUT;)VARIABLEcount130 : DFF;count230 : DFF;SS :DFF;BEGINcount1.clk = clk;count1.clrn = RESET;count2.clk = clk;count2.clrn = RESET;SS.CLK = CLK;SS.CLRN = RESET;SS = B“0“;IF COUNT1=B“1001“ AND COUNT2=B“0101“ THENSS=B“1“;END IF;IF count1=B“1001“ THEN
6、count1 =B“0000“;ELSE count1.d = count1.q + 1; END IF; IF count1=B“1001“ THENIF count2=B“0101“ THENcount2 =B“0000“;ELSEcount2.d = count2.q + 1;END if; ELSEcount2.d = count2.q; END IF;a30 = count1;b30 = count2;CKMIN = SS; END;2、Minute.tdf 分钟模块 60 进制SUBDESIGN Minute (CKMIN,RESET,SETMIN : INPUT;A30,B30,
7、CKHOUR : OUTPUT;)VARIABLEcount130 : DFF;count230 : DFF;count3 : DFF;BEGINcount1.clk = CKMIN OR !SETMIN; count1.clrn = RESET;count2.clk = CKMIN OR !SETMIN;count2.clrn = RESET;count3.clk = CKMIN OR !SETMIN;count3.clrn = RESET;count3=B“0“;IF COUNT1=B“1001“ ANDCOUNT2=B“0101“ THENCOUNT3=B“1“;END IF;IF co
8、unt1=B“1001“ then count1 =B“0000“;ELSE count1.d = count1.q + 1; END IF; IF count1=B“1001“ thenIF count2=B“0101“ THENcount2 =B“0000“;ELSEcount2.d = count2.q + 1;END if; ELSEcount2.d = count2.q; END IF;a30 = count1;b30 = count2;CKHOUR = count3; END;3、 Hour.tdf 小时模块 24 进制SUBDESIGN Hour (CKHOUR,RESET,SE
9、THOUR : INPUT;A30,B10 : OUTPUT;)VARIABLEcount130 : DFF;count210 : DFF;BEGINcount1.clk = CKHOUR OR !SETHOUR;count1.clrn = RESET;count2.clk = CKHOUR OR !SETHOUR;count2.clrn = RESET;IF count2 ss=s1;WHEN s1 = ss=s2; WHEN s2 = ss=s3;WHEN s3 = ss=s4;WHEN s4 = ss=s1;WHEN OTHERS =ss=s0;END CASE;ELSESS=S0;SPEAK=GND;END IF;END;
