利用按鍵開關(guān)控制液晶顯示器進(jìn)行十六進(jìn)制數(shù)字顯示

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 學(xué)生姓名學(xué)生姓名:冷鑫磊學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：0606024111學(xué)學(xué) 院院: 電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院專專 業(yè)業(yè): 微電子學(xué)題題 目目:利用按鍵開關(guān)控制液晶顯示器進(jìn)行十六進(jìn)制數(shù)字顯示 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 王紅亮王紅亮 職稱職稱: : 講師講師 22010 年 6 月 25 日目 錄1、課程設(shè)計(jì)目的32、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求32.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容32.2、設(shè)計(jì)要求33、設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)情況33.1、設(shè)計(jì)思路33.2、工作原理及框圖33.3、各模塊功能描述43.4、仿真結(jié)果113.5、試驗(yàn)箱驗(yàn)證情況114、課程設(shè)計(jì)總結(jié)145、參考文獻(xiàn)14附錄 1：液晶顯示屏說明書1531 1、課程設(shè)計(jì)

2、目的、課程設(shè)計(jì)目的1.學(xué)習(xí)操作數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)，掌握液晶顯示模塊的工作原理及應(yīng)用。2.掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。3.學(xué)習(xí)掌握可編程器件設(shè)計(jì)的全過程。2 2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：2.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容用 VHDL 語(yǔ)言編寫程序，實(shí)現(xiàn)利用按鍵開關(guān)控制液晶屏顯示 16 進(jìn)制數(shù)。2.2、設(shè)計(jì)要求1學(xué)習(xí)掌握按鍵開關(guān)控制模塊、液晶顯示模塊的工作原理及應(yīng)用；2. 熟練掌握 VHDL 編程語(yǔ)言，編寫按鍵開關(guān)控制模塊的控制邏輯；3. 仿真所編寫的程序，模擬驗(yàn)證所編寫的模塊功能；4. 下載程序到芯片中，硬件驗(yàn)證所設(shè)置的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)十六進(jìn)制數(shù)字的顯示；5. 整理設(shè)計(jì)內(nèi)容，編

3、寫設(shè)計(jì)說明書。3 3、 設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)情況設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)情況3.1、設(shè)計(jì)思路根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，用按鍵控制液晶屏顯示 16 進(jìn)制數(shù)，開始的實(shí)際本來是要用 16 個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)，但在硬件實(shí)現(xiàn)的過程中，一直出現(xiàn)各種問題，所以采用了一個(gè)按鍵，循環(huán)顯示0f。由于是按鍵控制，所以加入了消抖程序，對(duì)液晶屏的控制則是通過狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。先輸入4F9，選擇 8*16ascII 碼顯示模式，在輸入坐標(biāo) XX YY。3.2、工作原理及框圖本設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分為四個(gè)模塊，消抖模塊，按鍵輸入模塊，譯碼模塊和液晶屏控制模塊，先分別用 MAX+PLUS II 文本設(shè)計(jì)輸入編寫每個(gè)模塊 ，模塊功能好了就可以實(shí)現(xiàn)最后的結(jié)果了。信號(hào)由消

4、抖模塊的 XD 管腳輸入，經(jīng)過消抖程序后，在譯碼模塊中將四位二進(jìn)制代碼翻譯成八位 2 進(jìn)制的 ASCII 碼，輸入到液晶屏控制模塊中，實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏的控制。與此同時(shí)，每按下一次按鍵，按鍵模塊中的變量就會(huì)+1，當(dāng)加到 1111B 時(shí)，自動(dòng)清零，實(shí)現(xiàn)了 0-F 循環(huán)顯示。最重要也是最難的液晶屏控制模塊采用狀態(tài)機(jī)程序編寫，原理祥見附錄 1（如圖 1） 。圖 1 系統(tǒng)原理圖3.3、各模塊功能描述（1）消抖電路加入本模塊的原因是因?yàn)榘存I開關(guān)在按下時(shí)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，在硬件實(shí)現(xiàn)是可能出現(xiàn)按一下跳過很多個(gè)數(shù)的情況，對(duì)程序的輸入會(huì)產(chǎn)生影響，加入模塊后消除抖動(dòng)（如圖 2） 。程序代碼：library ieee;us

5、e ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; 圖 2 消抖模塊硬件原理圖entity xd is port( rst:in std_logic;5 xd: in std_logic; clk: in std_logic; xdout: out std_logic );end xd;architecture a of xd is signal count:integer range 0 to 100; begin process(clk,rst,xd) begin

6、if(rst=0)then count=0; xdout=0; elsif(clkevent and clk=1)then if(count=30)then count=0; xdout=not xd; else count=count+1; end if; end if; end process;end a;（2）按鍵輸入和譯碼模塊該模塊的作用是將按鍵輸入進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行處理，每按一次，數(shù)自動(dòng)+1，并將數(shù)字的ASCII 碼編譯成 8 位 2 進(jìn)制 ASCII 碼送給液晶屏控制程序，當(dāng)顯示到 F 時(shí)置 0(如圖 3)。程序代碼：按鍵輸入模塊library ieee;6use ieee.std_l

7、ogic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; 圖 3 按鍵及譯碼模塊硬件原理圖 use ieee.std_logic_arith.all;entity aj isport( aj:in std_logic; rst:in std_logic; ajout:out std_logic_vector(3 downto 0) );end aj;architecture ajwork of aj issignal q: std_logic;signal count : std_logic_vector(3 downto 0);begin q=aj whe

8、n rst=1else 0; process(q,rst) begin if(rst=0)then count=0000; elsif qevent and q=1 then if count=1111 then count=0000; else count=count+1; end if; end if; ajout=count; end process; end ajwork;7譯碼模塊library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity ym is port(ym:in std_lo

9、gic_vector(3 downto 0); Y:out std_logic_vector(7 downto 0);end ym;architecture yima_arch of ym issignal a:std_logic_vector(3 downto 0);begina=ym;YIF busy=0 THEN9IF ready=1 THEN current_state = XX;ready = 0;ELSEdb = 11111001;req = 1;ready = 0;END IF;ELSEreq = 0;ready = 1;current_state IF busy=0 THENI

10、F ready=1 THENcurrent_state = YY;ready = 0;ELSEdb = 00000111;req = 1;ready = 0;END IF;ELSEreq = 0;ready = 1;current_state IF busy=0 THENIF ready=1 THENcurrent_state = ASCII;ready = 0;ELSEdb = 00000011;req = 1;ready = 0;END IF;ELSEreq = 0;ready =1;current_state IF busy=0 THENIF ready=1 THENcurrent_st

11、ate = CMD;ready = 0;ELSE db =db_ascii; req = 1;ready = 0END IF;ELSEreq = 0;ready = 1;current_state = ASCII;11END IF;END CASE;END IF;END PROCESS;END rtl;3.4、仿真結(jié)果本實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要表現(xiàn)在波形的 DB7.0信號(hào)的波形輸出，實(shí)現(xiàn)了 16 進(jìn)制數(shù)的顯示（如圖 5、6） 。圖 5 09 仿真波形圖 圖 6 AF 并置 0 波形圖3.5、實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證情況（1）部分管腳分配（自動(dòng)分配） （如圖 7） 。12圖 7 部分管腳圖（自動(dòng)分配）（2）程序硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)

12、果的部分顯示（如圖 815） 。 圖 8 數(shù)字 1 圖 9 數(shù)字 2 圖 10 數(shù)字 3 圖 11 數(shù)字 813 圖 12 數(shù)字 9 圖 13 數(shù)字 10圖 14 數(shù)字 11 圖 15 數(shù)字 12（3）總體硬件圖（如圖 16） 。14 圖 16 整體硬件圖4 4、課程設(shè)計(jì)總結(jié)、課程設(shè)計(jì)總結(jié) 通過本次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多東西，以前雖然也做過不少 VHDL 程序的設(shè)計(jì)，但都是在已經(jīng)有寫好的程序的情況下。這次從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)都獨(dú)立完成還是第一次，自己親身試過之后才會(huì)發(fā)現(xiàn)，軟件上做出來的正確結(jié)果和硬件的實(shí)現(xiàn)有著巨大的差距。編譯好的程序在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)還有很多的因素要考慮，要處理。比如，消抖程序中的 count

13、 值的設(shè)定，有的同學(xué)count=5 就足夠了，而有的在設(shè)定為 5 時(shí)抖動(dòng)的相當(dāng)厲害，這都需要在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)再進(jìn)行調(diào)試，有時(shí)候甚至整個(gè)程序都要重新編寫。這次課程設(shè)計(jì)我收獲了很多。5 5、參考文獻(xiàn)、參考文獻(xiàn)1侯伯亨，顧新.VHDL 硬件描述語(yǔ)言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì). 西安：西安電子科技大學(xué)出版15社，19992求是科技.CPLD/FPGA 應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐. 北京：人民郵電出版社，20053羅苑棠.CPLD/FPGA 常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講. 北京：電子工業(yè)出版社，20074任勇峰，莊新敏.VHDL 與硬件實(shí)現(xiàn)速成.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005附錄附錄 1 1：液晶顯示屏說明書：液晶顯

14、示屏說明書1）表1：OCMJ2X8（128X32）引腳說明引腳引腳 名稱名稱方向方向說明說明引腳引腳名稱名稱方向方向說明說明1 1VLED+VLED+I I背光源正極（背光源正極（LED+5VLED+5V）8 8DB1DB1I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 1 12 2VLED-VLED-I I背光源負(fù)極（背光源負(fù)極（LED-OVLED-OV）9 9DB2DB2I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 2 23 3VSSVSSI I地地1010DB3DB3I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 3 34 4VDDVDDI I（+5V+5V）1111DB4DB4I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 4 45 5REQREQI I請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效1212DB5D

15、B5I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 5 56 6BUSYBUSYO O應(yīng)答信號(hào)應(yīng)答信號(hào)=1=1：已收到數(shù)據(jù)并正在處理中：已收到數(shù)據(jù)并正在處理中 =0=0：模塊空閑，可接收數(shù)據(jù)：模塊空閑，可接收數(shù)據(jù)1313DB6DB6I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 6 67 7DB0DB0I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 0 01414DB7DB7I I數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 7 7硬件接口硬件接口16接口協(xié)議為 請(qǐng)求/應(yīng)答（REQ/BUSY） 握手方式。應(yīng)答 BUSY 高電平（BUSY =1） 表示 OCMJ 忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令；BUSY 低電平（BUSY =0）表示 OCMJ 空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送命令到 OCMJ 可在 BUSY =0 后的任意時(shí)刻開

16、始，先把用戶命令的當(dāng)前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平 REQ 信號(hào)（REQ =1）通知 OCMJ 請(qǐng)求處理當(dāng)前數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)。OCMJ 模塊在收到外部的 REQ 高電平信號(hào)后立即讀取數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)，同時(shí)將應(yīng)答線 BUSY 變?yōu)楦唠娖?，表明模塊已收到數(shù)據(jù)并正在忙于對(duì)此數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理，此時(shí)，用戶對(duì)模塊的寫操作已經(jīng)完成，用戶可以撤消數(shù)據(jù)線上的信號(hào)并可作模塊顯示以外的其他工作，也可不斷地查詢應(yīng)答線 BUSY 是否為低（BUSY =0？） ，如果 BUSY =0，表明模塊對(duì)用戶的寫操作已經(jīng)執(zhí)行完畢?？梢栽偎拖乱粋€(gè)數(shù)據(jù)。如向模塊發(fā)出一個(gè)完整的顯示漢字的命令，包括坐標(biāo)及漢字代碼在內(nèi)共需 5 個(gè)字

17、節(jié)，模塊在接收到最后一個(gè)字節(jié)后才開始執(zhí)行整個(gè)命令的內(nèi)部操作，因此，最后一個(gè)字節(jié)的應(yīng)答 BUSY 高電平（BUSY =1）持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，具體的時(shí)序圖參見 圖圖-1-1，對(duì)應(yīng)的具體時(shí)間參數(shù)說明參見 表表-1T Tr rT Tb bT Ts s1 1T Ts s2 2B BU US SY YD DB BR RE EQ QT Tr rt tt1t2t3t4t5圖1：對(duì)模塊寫漢字時(shí)序圖電性能參數(shù)電性能參數(shù)模塊時(shí)間參數(shù)表值值編號(hào)編號(hào)名稱名稱單位單位最小值最小值最大值最大值說說 明明1TruS0.4-數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)間2TbuS220最大模塊響應(yīng)時(shí)間3TrtuS11-最小 REQ 保持時(shí)間4Ts1uS20

18、45最大數(shù)據(jù)接收時(shí)間5Ts2mS-0.130*最大命令指令處理時(shí)間*：不同命令所占用的時(shí)間各不相同，具體時(shí)間在命令表中給出模塊主要電氣參數(shù)表值值編號(hào)編號(hào)名稱名稱單單位位2X84X85X10說說 明明171電源工作電壓V5552電源電流mAmA2353輸入引腳電壓V V5554最大輸入電壓建立時(shí)間uSuS1115最小復(fù)位電壓持續(xù)時(shí)間uSuS666RES 端高電平時(shí)間6復(fù)位內(nèi)部處理時(shí)間mSmS151515此時(shí)模塊不接收命令7背光電壓V V5558標(biāo)稱背光電流mAmA1201802509外接灰度調(diào)節(jié)電位器5K20010K用戶命令用戶命令 用戶通過用戶命令調(diào)用 OCMJ 系列液晶顯示器的各種功能。命令

19、分為操作碼及操作數(shù)兩部分，操作數(shù)為十六進(jìn)制。1）顯示國(guó)標(biāo)漢字命令格式： F0 XX YY QQ WW該命令為 5 字節(jié)命令（最大執(zhí)行時(shí)間為 1.2 毫秒，Ts2=1.2mS） ，其中XX：為以漢字為單位的屏幕行坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 07、02 到 09、00 到 09YY：為以漢字為單位的屏幕列坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 01、00 到 03、00 到 04QQ WW：坐標(biāo)位置上要顯示的 GB 2312 漢字區(qū)位碼2) 顯示 8X8 ASCII 字符命令格式：F1 XX YY AS該命令為 4 字節(jié)命令（最大執(zhí)行時(shí)間為 0.8 毫秒，Ts2=0.8mS） ，其中XX：為以 ASCII 碼

20、為單位的屏幕行坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 0F、04 到 13、00 到 13YY：為以 ASCII 碼為單位的屏幕列坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 1F、00 到 3F、00 到 4FAS：坐標(biāo)位置上要顯示的 ASCII 字符碼3) 顯示 8X16 ASCII 字符命令格式：F9 XX YY AS該命令為 4 字節(jié)命令（最大執(zhí)行時(shí)間為 1.0 毫秒，Ts2=1.0mS） ，其中XX：為以 ASCII 碼為單位的屏幕行坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 0F、04 到 13、00 到 13YY：為以 ASCII 碼為單位的屏幕列坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 1F、00 到 3F、00 到 4FAS：坐標(biāo)位置

21、上要顯示的 ASCII 字符碼4) 顯示位點(diǎn)陣 命令格式： F2 XX YY 該命令為 3 字節(jié)命令（最大執(zhí)行時(shí)間為 0.1 毫秒，Ts2=0.1mS） ，其中18XX：為以 1*1 點(diǎn)陣為單位的屏幕行坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 7F、20 到 9F、00 到 9FYY：為以 1*1 點(diǎn)陣為單位的屏幕列坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 40、00 到 40、00 到 405) 顯示字節(jié)點(diǎn)陣命令格式： F3 XX YY BT該命令為 4 字節(jié)命令（最大執(zhí)行時(shí)間為 0.1 毫秒，Ts2=0.1mS） ，其中XX：為以 1*8 點(diǎn)陣為單位的屏幕行坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 0F、04 到 13、00 到

22、13YY：為以 1*1 點(diǎn)陣為單位的屏幕列坐標(biāo)值，取值范圍 00 到 1F、00 到 3F、00 到 4FBT：字節(jié)像素值，0 顯示白點(diǎn)，1 顯示黑點(diǎn) （顯示字節(jié)為橫向） 8051 與 OCMJ4X8 模塊連接 1） 寫模塊子程序（雙線應(yīng)答方式）-該程序使用 REQ 及 BUSY 兩條控制線的握手方式對(duì)模塊進(jìn)行寫操作。 SUB1: JB BUSY,SUB1 ；確信模塊空閑（BUSY=0）MOV P1,A ；向總線送數(shù)NOP；等待數(shù)據(jù)總線穩(wěn)定SETB REQ ；置模塊 REQ 端為高電平（REQ=1） ，向模塊發(fā)請(qǐng)求命令 HE3: JNB BUSY,HE3 ；等待模塊響應(yīng)（BUSY =1） CL

23、R REQ ；撤消 REQ 請(qǐng)求信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入結(jié)束RET ；返回2） 寫模塊子程序（單線延時(shí)方式）19-該程序僅使用 REQ 一條控制線方式對(duì)模塊進(jìn)行寫操作。在 MPU 的 I/O 口短缺的情況下非常適用。 SUB2: MOV P1,A ；向總線送數(shù)NOP；等待數(shù)據(jù)總線穩(wěn)定SETB REQ ；置模塊 REQ 端為高電平（REQ=1） ，向模塊發(fā)請(qǐng)求命令 LCALL DALEY1 ；調(diào)延時(shí)子程序 DALEY1 等待模塊響應(yīng) *1 CLR REQ ；撤消 REQ 請(qǐng)求信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入結(jié)束 LCALL DALEY2 ；調(diào)延時(shí)子程序 DALEY2 等待模塊內(nèi)部處理完成 *2RET ；返回注：*1、延時(shí)時(shí)

24、間參照表4 中的 Tb 及 Trt*2、延時(shí)時(shí)間參照表4 中的 Ts1 及 Ts23） 寫漢字程序-該程序顯示一個(gè)漢字“啊” （區(qū)位碼為 1001H ）MOV A,#0F0H ；選顯示漢字命令字ACALL SUB1 ；調(diào)用寫子程序MOV A,#02H ；O2H，XX，16*16 點(diǎn)陣為單位的屏幕坐標(biāo)ACALL SUB1 ；調(diào)用寫子程序MOV A,#00H ；00H，YY，16*16 點(diǎn)陣為單位的屏幕坐標(biāo)ACALL SUB1；調(diào)用寫子程序MOV A,#10H ；10H，QQ，GB2312 漢字區(qū)位碼高位ACALL SUB1；調(diào)用寫子程序MOV A,#01H ；01H，WW，GB2312 漢字區(qū)位

25、碼低位ACALL SUB1；調(diào)用寫子程序4） 寫 8*16 ASCII 碼程序 -該程序顯示一個(gè) 8*16 ASC碼 “A” ：MOV A,#0F9H ；選顯示 8*16 ASCII 字符命令字ACALL SUB1 ；調(diào)用寫子程序MOV A,#04H ；04H，XX，8*8 點(diǎn)陣為單位的屏幕坐標(biāo)值 XACALL SUB120MOV A,#00H ；00H，YY，1*1 點(diǎn)陣為單位的屏幕坐標(biāo)值 YACALL SUB1MOV A,#41H ；AS，ASCII 字符代碼“A”ACALL SUB1注：X 坐標(biāo)（本例中的 #04H）與 ASC碼中規(guī)定的相同，Y 坐標(biāo)（本例中的 #00H）以點(diǎn)陣單元為單位。5） 寫 8*8 ASCII 碼程序 -該程序顯示一個(gè) 8*8 ASC碼 “A” ：MOV A,#0F1H ；選顯示 8*8 ASCII 字符命令字ACALL SUB1 ；調(diào)用寫子程序MOV A,#04H ；04H，XX，8*8 點(diǎn)陣為單位的屏幕坐標(biāo)值 XACALL SUB1