東華大學電子課程設計按鍵陣列掃描與點陣顯示器控制電路以及LC匯總

1、東華大學的學子你好，我是你們的學長。其實大學里學的東西社會上用的不多。如果你是自動化，請學好c語言和模電，然后課余的時候學些嵌入式芯片arm系列的。也可以往軟件方面發(fā)展，如 c#, java等。東華大學電子課程設計課題：按鍵陣列掃描與點陣顯示器控制電路以及LCD顯示以及按鍵音控制電路設計（基于FPGA的數(shù)字電路系統(tǒng)設計）作者：何足道學院：信息科學與技術學院學號：unknown班級：自動化*日期：201*年*月*日目錄1、設計要求 ,2、總體設計概述,2.1 設計原理及可行性2.2 總體工作過程2.3 電路框圖設計3、電路總圖,4、單元電路設計與分析,5、電路的組構與調試,3、意見及進一步改進,

2、4、總結與收獲,5、參考文獻,6、監(jiān)i錄,2一、設計要求采用FPGA設計按鍵陣列掃描和發(fā)光二極管點陣控制顯示電路。當按下按鍵后，發(fā)光二極管顯示當前按鍵值并且保持到下一個輸入。按鍵的時候發(fā)出導，略，米?！钡嚷曇魠^(qū)別。在LCD區(qū)域顯示學號以及電壓。二、系統(tǒng)概述設計思想：用掃描電路對按鍵進行掃描，檢測到低電平的時候，對此時的狀態(tài)進行鎖存，對 狀態(tài)機的編碼進行解碼，從而生成信號發(fā)送到 lce點陣產生數(shù)字與符號。同時，用鎖存的內容發(fā)送到另一個rom進行選擇，來控制蜂鳴器產生聲音，用使能端控 制蜂鳴器只在按下的時候響起?？尚行哉撟C：用74194可以做寄存器，該設計方案在理論上是可行的。按鍵掃描部分由狀態(tài)機

3、 A提供各個掃描信號，用ROM實現(xiàn)代碼轉換功能，發(fā)光二極管點陣顯示電路由 3位二進制數(shù)控制行掃描信號，同時控制列顯示碼同步循環(huán)輸出，即可顯示預設 的字符。各功能的組成：根據(jù)按鍵陣列的判斷原理，可采用一個計數(shù)器產生按鍵編碼信號。計數(shù)器的脈沖 周期等于按鍵的掃描時間，計數(shù)器的模 M大于等于被掃描的按鍵數(shù)N。本設計要 求判斷12個按鍵的陣列，所以可采用4位二進制計數(shù)器產生按鍵掃描碼。計數(shù) 器輸出控制譯碼器產生列掃描信號 Y0Y3,并控制數(shù)據(jù)選擇器選擇行線電平 Xi。當被掃描的按鍵閉合時，選擇器的輸出信號控制寄存器保存計數(shù)器當前的鍵 碼狀態(tài)，同時封鎖計數(shù)器停止鍵掃描，以避免其他按鍵閉合時產生的影響。發(fā)

4、光二極管點陣電路采用3位二進制計數(shù)器譯碼后掃描控制其行（列）信號 ROWi （Cj）,同時控制列（行）顯示碼同步循環(huán)輸出。所以，必須設計一個譯 碼邏輯元件，根據(jù)寄存器保存的按鍵編碼輸出鍵符顯示列（行）控制碼。鍵符顯 示譯碼器可采用AHDL真值表方式、組合邏輯器件或只讀存儲器 ROM來實現(xiàn)。 總體工作過程：1 .按鍵編碼計數(shù)器A輸出4位二進制碼Q3Q0,每組碼通過譯碼器 A產生一列低電平有效 的列信號，同時通過數(shù)據(jù)選擇器選中一個行線信號判斷連接該列、該行的按鍵狀 態(tài)。當數(shù)據(jù)選擇器輸出低電平時，表示被掃描鍵閉合。所以，計數(shù)器輸出的二進 制碼與陣列中的按鍵一一對應。顯然，按鍵的編碼位序與計數(shù)器的輸出

5、控制有 關。若計數(shù)器的高兩位輸出 Q3、Q2控制選擇信號B1和B0,低兩位輸出Q1、 Q0控制譯碼信號A1和A0,則計數(shù)器輸出為“0001時，Y0為低電平，選擇輸出 X1的狀態(tài)，掃描按鍵S2。因此，“0001為S2的鍵碼。2 .鍵符顯示他存儲由于ROM的數(shù)據(jù)輸出控制點陣的列信號 C1C8,因此ROM中每個存儲單元的 數(shù)據(jù)就是一行列控制碼，每位數(shù)據(jù)控制一列。一個顯示符的8行控制需要8個單元的列碼4數(shù)據(jù)，12個不同的鍵符顯示需要96個存儲單元，這樣顯示譯碼存儲器至少需要 7位地址。如果ROM的高4位地址A6A3由鍵碼Q3Q0控制，低3位地址 A2A0由行掃描計數(shù)器B控制，每個顯示符的8行列控制碼被

6、存放在以鍵碼劃分 塊的連續(xù)8個存儲單元中。建立存儲數(shù)據(jù)文件時要注意數(shù)據(jù)位序與點陣序列的關系以及存儲單元低3位地址與點陣行序的關系。比如，若存儲器的數(shù)據(jù)輸出 D7D0依$制C1C8,則數(shù) 據(jù)碼從高至低位分別對應點陣顯示器的從左至右列。如果狀態(tài)機B的輸出與譯碼器B的輸入及存儲器低3位地址的位序對應相同，當譯碼器 B的輸出Y0Y7依 序控制ROW1ROW8時，每個字符碼的8個存儲單元從低地址到高地址分別對 應點陣顯示器從上至下各行。3、按鍵聲音要制作按鍵聲音，首先要解決的問題就是找一個能夠產生固定頻率的源，在這 里很容易實現(xiàn)，我們使用一個10M的晶振，當其接上適當?shù)碾娐分螅鋵l(fā)出 恒定的振蕩波形

7、。 有了 10M的信號源之后，怎樣才能使其變成驅動蜂鳴器發(fā) 出我們需要的聲音的信號，這里我們使用分頻器來實現(xiàn) 為了發(fā)出不同音名的 音，用計數(shù)器來實現(xiàn)分頻器要常常改變分頻系數(shù)，這里我們選用一個?？勺兊挠?數(shù)器來完成這個功能。為了實現(xiàn)音樂播放的連續(xù)性，我們把樂譜存儲到 ROM 中，播放電路的通取ROM中的內容經過特殊的解碼操作便可以得到我們需要的 計數(shù)器分頻系數(shù)。分頻后便是我們需要的驅動蜂鳴器的信號 電路框圖：三：電路總圖電路總圖（LCD顯示學號）：全加器:全加器模擬:三位加法布訂I，哂*叫“ $wi三位加法器模擬:分頻器分頻器提供固定的頻率輸出，用以控制整個電子系統(tǒng)的時鐘。分頻器由 7片二五 一

8、十進制計數(shù)器7490組合完成，每級為十分頻，共輸出 10MHz1HZ共8檔頻 率信號，輸入為FPGA的石英晶振提供的10MHz的頻率。集成分頻器:xinhaofenpin160FLWDk 10C1010k1m 1160chu100kISOchulOO 160chu1k i&achuiok IBOchulm分頻器信號模擬:31m fl#14(E5e二.一FTHK J B,9 f .a 聊；g «W f r. W：J mI'Wt K tom gEll 加JD j依癡也L 皿 HLk由Tniinn工lEirnnrjTimnnrmfTiimrm工RFf：.吐節(jié)門 imair

9、_i_I：_II_iijiI,I_L_1Ht_fctr n 口 n n 1.T?uinfrr.ir.2.狀態(tài)機本系統(tǒng)總共使用了兩個狀態(tài)機，狀態(tài)機 A位于分頻器之后，寄存器之前，在分頻 器的輸出時鐘信號的控制下，不斷改變狀態(tài)，當某一狀態(tài)與按鍵陣列某一按鍵所 對應的行列控制信號相同時，便將該狀態(tài)保持并送入寄存器。狀態(tài)機A用單片74161構成，復位端CLRN和置數(shù)端LDN都接高電平，使之無 效，ENP與ENT均由數(shù)據(jù)選擇器的輸出Y控制，當Y為低電平時，便保持當前 狀態(tài)停止計數(shù)。CLK接分頻器的輸出端，由于無需置數(shù)，所以 ABCD四端口斷 開。狀態(tài)機B也是單片74161,由分頻器選擇某一頻率輸入，使能

10、 ENP與ENT均接 高電平有效，復位端CLRN和置數(shù)端LDN都接高電平，使之無效。輸出只取 QCQBQA組成的8種狀態(tài)控制8個行掃描信號。數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)采選擇器用雙片集成4選1數(shù)據(jù)選擇器74153,但只使用其中一片。選擇信 號A和B分別接狀態(tài)機A的QA, QB,數(shù)據(jù)選擇信號D0, D1, D2分別接 1C0, 1C1, 1C2,由于當無按鍵按下時D0, D1, D2為高電平，所以剩余的引腳 1C3需接高電平。譯碼器的連接時就按正常的連接方式使用，輸入為狀態(tài)機 B的三個輸出信號，輸 出為點陣顯示器的行選擇信號。7413aYOISTAAYINXBY2NACGtY熱 Y4NAA- aG2ANYSN

11、o曲則i-r,Y71434nimSCEOOCHl顯示學號rom：顯示學號電路:Addr+0+1短|旬+45 |+7023C2GC2062Q133032E33。33083303763203313313323371100顯示學號結果:寄存器匚二IQAQB:D就S1amcue.濁?J7T-T> 三A>£1TBj j飛jr t1To.14>加i ' ii *""wT<rv ir q，r r |r twt" i.十. qJ i qN分頻使用二分頻產生整波，使脈沖占空比 50%,避免了蜂鳴器的不正常工作導致的磁 化。按鍵點陣顯示Add

12、r短|3+4+5線*7|00強0808OB08030803088282S2FF0202020210FF010101010101011S0228FF2SB20020FF0101Q1FF8Q80FF2Sff,eoSQ_FF010101FF30FF81S1FF8131B1FF3SFFB1S18181aiB1FF4Q-F2101FFci0101FF48FF8C&DFF3131B1FF50FFG1S1FF010101FFSB2424FF2424FF2424rom按鍵音romAddr+t*2*3+4+5上7Fon&s506137&1051JJ657747773576375B3425

13、531。按鍵音響時間控制:電路的組構與調試1 .分頻器分頻器提供固定的頻率輸出，用以控制整個電子系統(tǒng)的時鐘。分頻器由 7片二五 一十進制計數(shù)器7490組合完成，每級為十分頻，共輸出 10MHz1HZ共8檔頻 率信號，輸入為FPGA的石英晶振提供的10MHz的頻率。2 .狀態(tài)機整個系統(tǒng)共包含2個狀態(tài)機，即計數(shù)器，由1片16進制計數(shù)器74161構成。狀態(tài) 機A用于按鍵陣列選擇，狀態(tài)機 B提供行掃描的頻率。3 .寄存器寄存器用來保存由按鍵陣列選擇的存儲器地址的高 4位，由8位鎖存器74377構 成。4 .顯小碼存儲器存儲器由自行設計的128*8ROM構成，每個單元存8位，共8根輸出數(shù)據(jù)線。5 .數(shù)據(jù)

14、選擇器數(shù)據(jù)選擇選用雙片集成4選1數(shù)據(jù)選擇器73153,用于選擇按鍵陣列的行信號。6 .譯碼器譯碼器采用38線譯碼器74138,配合狀態(tài)機實現(xiàn)逐行掃描功能。7 .romRom根據(jù)需要而設定，其地址由狀態(tài)機鎖存信號提供，其值為控制端輸入信號。調試：電路調試過程中還是出了不少問題的。特別是rom那里。有一次我把147*的順序搞成了 1234 了，所以出來以后按1是沒有問題的但是按 二的話就錯了，變成了五了。后來及時改正了 rom中的內容，將問題解決了。 第二個問題就是發(fā)音不準確。這個毛病是查了很長時間才出來的。一開始以為是 器件原因，后來發(fā)現(xiàn)原來是rom里頭不對，原來是將其中一個音符跳過了，所以 中

15、間差了一個音節(jié)，所以出來的音調就是不對的。17三、意見及進一步改進本次數(shù)電實驗的主要難點在于如何整合各個小模塊成為一個完整的功能電路。其 中編寫rom部分最容易出錯，一不小心就會搞錯，造成顯示不正常。在內部連線 的時候也是容易出錯的。比如說在引腳上，就是把a1接至U b3上了沒有進行高位對高位，低位對低位的原則，這也會使結果出現(xiàn)混亂的，最好是一開始就是這 樣把電路搞搞端正一點，這樣后來出錯的概率會小很多。這次實驗，我覺得主要 的改進點在于一開始的分頻電路太過于復雜了，要用 7個7490才能實現(xiàn)部分節(jié) 點的分頻，還是間斷似的。有了下面的這個n分頻器（減計數(shù)器），那還搞什么7490分頻呢？所以最好

16、是一開始就把這個高檔一點的器件介紹給我們使用。四、總結與收獲這次實驗，收獲還是很大的。把以前數(shù)電書本上的學到的知識運用到了事件中去 了，很是有自豪感。以前只知道計數(shù)器移位寄存器的功能，但是對于他們在實踐 中到底是有什么作用還是不清楚的，所以還不知道怎么使用他們，這把數(shù)電課程 設計，我還是比較熟練的能使用 Quartus II 9.0 了，對于lp2900的實驗板也是比較 的熟悉了，這次，我學會了使用其中的模塊編輯功能和電路波形仿真功能，這兩 個功能還是很實用的。組合在一起可以為我以后的學習上所用。以后再學習到類 似的知識就可以自己動手在自己的電腦上仿真出來，這也是一件很好的事情。這 把老師們也

17、都是很盡責的，我們有什么不懂得的地方都會很細心的解答我們，我以后有什么事情實驗室會常去的，用實驗鞏固學到的東西，比在圖書館搞題海戰(zhàn) 術好得多了。五、參考文獻1 .基于FPGA的數(shù)字電路系統(tǒng)設計 崔葛瑾 沈利芳李偉民編著 西安電子科 技大學出版社2 .數(shù)字電路及系統(tǒng)設計 趙曙光劉玉英崔葛瑾編著高等教育出版社六、附錄（常用器件功能表）常用計數(shù)器4Al> 道五必；40.乩QAQ6V 匹741*1FTIIV.叵9 1口C-CLiJrTd74161741613到8的譯碼器74138ULS138柒成峰端的功”衰【幡人喻出G.Q4LRA匕YhL I KaL%V,I 11.1.工I1i | i11Ir' (11' i * IvI11| itt101 1 1 1 1 1 I 1 x111 1 1tI1I1ci<J1'0001t11111ti o a o i1b1 1 1»1I11a0L0Ii0 1 111IT00-0-i-"I-1 , 0丁丁11c010 01it 1 10【】11110010i11 1 t I 110Ii口D110111 1 111