试验板为EDA Pro2K实验开发系统，仿真芯片用Altera FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4。

由于实验板有限，大部分仿真在计算机上用maxplus或其它软件完成。当认为运行比较理想时，要按照后文的管脚定义，分配好管脚，编译成可下载的文件，到实验室申请做下载试验。要求能够实现主体功能，实验结果存在的问题，要在报告中分板其原因。

二、详细功能及状态描述：

总体分四种模式，由Key3(ModeKey)切换

（一）时间显示模式：

初始状态为24小时制显示当前时间：小时(8-7)/分(6-5)/秒(4-3)，2-1位不显。设置为12小时制时，第1位数码管显示上午/下午，上午显示A（AM），下午显示b（如果自己控制七段码也可以令其显示P）

按Key2显示当前日历：年(8-7)/月(6-5) /日(4-3) /星期(1)，第2位不显。释放Key2还原显示；

按Key1显示闹钟所定时间：24小时制下显示：小时(8-7)/分(6-5)，4-1位不显。12小时制下第1位数码管显示A/B。

按Key3(ModeKey)进入下一模式：跑表模式

（二）跑表模式

状态机如下图所示：

显示:小时(9-7)分钟(6-5)/秒(4-3)/百分秒(2-1)

按Key3(ModeKey)进入下一模式：校时/校日历

（三）校时模式

按Key2进行调节对像选择

小时

Key2 --->

分

Key2 --->

秒 清0

Key2 --->

24/12小时切换

Key2 --->

年

Key2 --->

月

Key2 --->

日

Key2 --->

星期

Key2 --┐ <-┘

按Key1一下，所调对像加1（或秒清0），长按Key1一秒钟以上，进入快调模式，所调对像每秒跳变8-10次。设置某一部分时，要断开相关的进位链，如：正在调分时，应忽略秒的进位脉冲，并且满60的进位也不能影响到后面的小时。

按Key3(ModeKey)进入下一模式：闹钟设定

（四）闹钟设定

按Key2进行调节对像选择

      Key2     Key2          Key2              Key2

调小时---->调分---->闹钟开关----->整点提示开关----->调小时

调节方式同上。

按Key3(ModeKey)回到时间显示模式。

三、参考模块设计：

1.按键接口模块

功能：1)消除按键的抖动，输出平稳的电平

2)跟据不同模块的需要输出不同宽度的电平。

如：输入到跑表的按键电平宽度应与状态机所用时钟的宽度相同。在设定时间和闹钟时，长按Key3需要输出快速调节脉冲。

2.分频模块：由输入的时钟得到需要的各种基准频率，详细讨论见设计提示。

3.模式切换模块：通过按键切换当前模式及设置选择。

输入：ModeKey，SetSelKey

输出：当前显示模式Mode，设置对像选择SetSel

注意一点的是：当Mode变化时，SetSel应自动清0。

4.计时/校时模块

根据Mode、SetSel的不同，对各时间部分进行计数及设置

输入：1Hz脉冲，Mode，SetSel，设置脉冲等

输出：秒、分、小时、日、月、年和星期，并且小时需要24/12小时制两种输出

5.设定闹钟模块：

输入：Mode，SetSel，设置脉冲、当前时间等

输出：所定时间，小时也需要24/12小时制两种输出

6.秒表模块：

输入：Mode，StartPauseKey，HoldResetKey

输出：当前计时，Holding状态所保持的时间

7.闹钟控制及波形产生模块

到了设定时间，输出闹铃波形至蜂鸣器

闹铃：1秒四个节拍：嘀-嘀-----（-表示无声，长度1/8秒）声音频率：1kHz左右

整点提示音：四低一高，低音500Hz左右，高音1kHz左右，59分钟最后十秒声音为：—低—低—低—低—高，（—表示无声，长度1秒）

8.显示控制模块

控制不同模式下显示不同的内容，以及调节时闪烁显示。

四、设计提示

1.关于输入时钟

试验板上可以输入4路时钟，并有多钟频率可以选择（详见后文实验板资源），问题：输入几路时钟？各多少赫兹？如何分频得到所需频率？

提示：选择时钟源的原则是：输入的时钟源尽量少，内部分频器也要尽量少。先查看一下需要哪些时钟。

计时的基准时钟：1Hz

跑表的基准时钟：100Hz

数字闪烁显示：2Hz

闹铃/整点提示音：节拍控制4Hz/1Hz，及声音频率1kHz/500Hz左右

快速调节：每秒8-10次

七段码扫描显示：>=200Hz（每位数字至少25Hz，8位扫描至少要200Hz的扫描频率）

参考一：输入两路时钟源：8Hz和4096Hz

8Hz经分频得到：4Hz，2Hz，1Hz

4096Hz经分频得到音频与数码管的扫描脉冲：1024Hz，512Hz

4096Hz经41分频得到：100Hz（误差小于0.1%）

参考二：输入一路时钟源，由4096Hz分频得到全部所需时钟。

2.关于星期

星期的设定可以有自动和手动两种方案，自动是指根据当前年、月、日自动确定星期几；手动方案是需要自己设定好星期，然后星期与日历同步走。手动设计相对简单一些，自动则需要利用Altera芯片提供的EAB来实现ROM型的查找表。做查找表时要考虑EAB的资源有限，EPF10K10共3个EAB，每个2048字节。

问题：一个EAB能放下几年的星期查找表？如果用一个表查找2000-2009年的星期，需要多大的查找表？太大怎么办？

提示：可以试试用两个表分步查找。

3．关于24/12小时制

设计中时间与闹钟定时都需要小时在两钟模式下显示，设计不好就会增加很多资源的开销。有三种设计方案：

1)两套计数器分别计24/12小时制的时间。

2)只计数24制小时，用组合逻辑来转换24->12

3)用查找表来转换。注意的是两个地方都要转换，如何同享同一个查找表？

24/12小时对照表

4．关于跑表的状态机设计

问题：这是个什么类型的状态机？如何设计？

提示：所需输出的变量Runing，Holding与状态有关，与输入无关，但需要控制的清0、刷新保持显示的值不仅与状态有关，与输入也有关。但是可以设计三个状态下状态变量S的值分别为：00/01/11（格雷码），则Runing对应S的低位，Holding对应S的高位，这样需要改变的只有清0与刷新保持值的信号，可以当作Merly状态机来设计。

5．关于按键除抖动及固定宽度脉冲输出

按键除抖动的原理是：当检测到一个高电平时，延时一段时间（如10ms）再检测，如果仍是高电平就表明按键确实按下了。释放按键也是同样的检测方法。

固定宽度脉冲生成的原理是：在去除抖动的基础上，判断两个经过不同延时的按键信号，如果前一时钟检测到的是低电平，这一时钟检测到高电平，说明按键按下，输出一个时钟周期宽度的高电平。

6.关于试验板的资源与仿真模式

本实验中需要利用到的有时钟源、按键、数码管、LED和蜂鸣器。实验板上可以选择不同的模式来选择不同的输入输出方式，按使用说明书，本实验可选择模式三、七、八。后两种控制显示效果的能力强一些，做起来也相对复杂。

先介绍一下几种模式下的引脚定义，比较优缺点，并给出相关设计提示。

三种模式下时钟源、LED、蜂命器的定义完全相同：

按键输入在三种模式下管脚号相同，但输入的电平模式不同

琴键电平是指按下时输出高电平，释放恢复低电平

乒乓电平是指按一次变成高电平，再按一次变成低电平，如此反复

数码管的输出在三钟模式下完全不同：

在模式三，每个数码管有4个引脚作为8421码输入，经内部译码，显示0-F十六进制数；

模式七：8个数码管并联成动态扫描显示器，共12个引脚，其中4个作为公用的显示数值输入端，8个为输出的选择端。也就是说，每一时刻8个选择端只有一个高电平，其余为低电平，输入的数值显示在高电平对应的数码管上。

模式八：也是动态扫描显示，不同的有16个引脚，除8个为输出的选择端外，另八个对应七段码的每一段及小数点。

几种模式相比较，模式三输出最简单，但不能控制数码管的亮与灭。模式七的显示比较实用一些，可以控制亮与灭，但不能点亮数码管的点号，缺少各时间部分的分隔号。模式八功能最强，除了可以点亮点号作为分隔符外，还可以显示非标准的字符，比如可以显示P来指示下午。

虽然模式七、八能控制数码管的亮与灭，但不足之处是按键都没有符合需要的琴键电平，使用起来不太方便。只能选择乒乓电平，每次需要按两次来完成实际需要的一次按键。

各人可以选做其中一种模式，建议使用模式七。各种模式参考设计如下：

模式三：如果想控制某个数码管灭或闪烁，输出F与正常显示的数字相区别。(输出Z是无效的，默认输出是0)

模式七/八：需要三组8位的状态码来控制分别控制扫描输出、亮与灭、闪烁。

扫描码：ScanCode，由8位循环移位计数器还控制，扫描时钟频率>200Hz。

使能位：LEDEnable，为1的位对应用数码管才亮。

闪烁位：Blink，为0的位闪动

三组状态码与闪烁用的2Hz脉冲组合起来控制相应数码管的显示。

三种模式下的数码管管脚定义：

模式三：

模式七/八

（注：以上各表的排列顺序与实验板上从左至右的循序一致）