Design de Computadores - Projeto 1 - Relógio digital

Felipe Aron Nudelman, Gabriel Magalhães Duarte Klabin e Warlen César Rodrigues Filho

🕙 Ajuste, apresentação e manuseio do tempo no relógio

Alteração de velocidade da base de tempo

Esta função altera a velocidade com a qual os segundos passam, de modo que seja possível validar mais rapidamente o funcionamento pleno do relógio. Sua ativação é controlada pela chave SW0 que, quando posicionada para baixo, faz com que o tempo passe normalmente, ou seja, um segundo por segundo. Quando SW0 está acionada (para cima), o tempo no relógio passa mais rápido.

Ajuste do tempo com base nas casas temporais

Esta função nos permite ajustar o horário exibido nos displays de sete segmentos controlando as casas de segundo, minuto e hora. Cada casa é controlada por uma chave sendo:

O controle é bem simples, ao acionar a chave de controle, a contagem padrão congela e a casa selecionada passa a ser incrementada em uma unidade por segundo. (i.e.: Se a chave SW3 for ativada, as casas de minutos e segundos congelam enquanto a casa das horas é incrementada em uma unidade por segundo.)
Esta função exerce o papel de ajuste de horário, como previsto nos requisitos do projeto.

Congelamento de tempo

Esta função consiste em pausar o relógio. Ao acionar a chave SW4, o relógio congelará até que a chave volte ao seu estado inativo.

• SW0 - Altera para modo acelerado
• SW1 - Ajusta segundos
• SW2 - Ajusta minutos
• SW3 - Ajusta houras
• SW4 - Pausa o relógio

Indicação AM/PM

Nosso relógio mostra o horário de 12 em 12 horas, de modo que, quando o LED R0 estiver aceso, o período é AM e, quando o LED R0 estiver apagado, o período é PM.

• LED R0 - Indicador de período AM/PM

Countdown - Contadior Regressivo

Para ativar esta função, basta acionar a chave SW5 e o tempo começará a decrementar ao invés de increementar. Ao chegar em zero o relógio parará de decrementar. Para que ele volte a incrementar normalmente, basta deslihgar a chave SW5.
Importante lembrar que para que isso funcione, todas as demais chaves devem estar desligadas.

• SW5 - Ativa contagem regressiva

⛔ IMPORTANTE: As chaves devem ser acionadas separadamente. Ou seja, somente uma chave acionada por vez. Acionar as chaves simultaneamente pode gerar comportamentos inesperados.

💻 Ferramentas de desenvolvimento

Assembler

Nosso projeto é controlado, essencialmente, por instruções binárias que são interpretadas pelo nosso hardware e direcionam o funcionamento do relógio. Para gerar as instruções binárias com mais clareza e organização, utilizamos o esqueleto do assembler disponibilizado pelo professor com algumas adaptações para o nosso maior conforto e entendimento. O código fonte dessa ferramenta com as nossas alterações pode ser encontrado em assembler/assembler.py

O assembler desse projeto é um objeto que possui os seguintes atributos e métodos:

• Atributos
  self.registers Um dicionário de Registradores que guarda os registradores e seus endereções binários (i.e.: {"R1": "001"})
  self.opcodes Um dicionário que guarda os comandos esperados do Assembly e seus respectivos OpCodes em binário (i.e.: {"JMP": "0110"})
  self.functions Um dicionário que guardará os endereços das funções definidas no Assembly conforme forem interpretadas (i.e.: {"IFS": "000001010"})
  self.binary Um dicionário que guarda o número da linha do Assembly e uma lista que representa a instrução em binário dividida em OpCode, Registrador, Dado (i.e.: {1: [0110, 000, 00000011]})

• Métodos
  get_code() Carrega o código Assembly para interpretação
  get_functions() Guarda as funções definidas no Assembly e seus endereços povoando o atributo self.functions
replace_opcodes_and_registers() Faz o parse completo das linhas do Assembly para os binários correspondentes
  generate_bin_code() Gera o código esperado pela ROM no VHDL. Adiciona trechos de VHDL necessários, as intruções completas e um comentário VHDL com a instrução Assembly original

Assembly

O nosso processador nos permite escrever código em assembly utilizando as seguintes instruções:

Instrução	OpCode	Descrição
LOAD REG, #IMEDIATO	0001	Carrega o valor no registrador de endereço .
ADD REG, %MEM[IMEDIATO]	0010	Carrega um valor da memória e soma com o registrador .
ADDI REG, #IMEDIATO	0100	Soma um valor constante em um registrador de endereço .
STORE REG, %MEM[IMEDIATO]	1000	Guarda o valor em no endereço de .
SUB REG, %MEM[IMEDIATO]	0011	Carrega um valor da memória e subtrai com o registrador .
SUBI REG, #IMEDIATO	0101	Subtrai um valor constante em um registrador de endereço
JMP MEM[Imediato]	0110	Redireciona para a instrução na memória de Instruções
CMP REG, %MEM	1001	Realiza a comparação entre e e guarda no flip flop.
JE MEM[Imediato]	0111	Redireciona instrução se o bit no flip flop é igual a 1.

Todos os valores são escritos em decimal, e os prefixos # e % indicam se são valores numéricos ou endereços da memória respectivamente. As Labels também são utilizadas como um forma de gravar o endereço de alguma instrução na ROM, para executar loops ou funções e seguem o formato <NOME_LABEL>: .

Informações técnicas e diagramas

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Vídeo demonstrativo do projeto

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