利用按鍵控制點(diǎn)陣進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)字顯示VIP

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書  學(xué)生姓名:郭士西學(xué) 號(hào)：0906024147學(xué) 院:電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè):微電子學(xué) 題 目:利用按鍵控制點(diǎn)陣進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)字顯示   指導(dǎo)教師： 崔永俊 職稱: 副教授  2012 年 6 月 22 日目 錄1.課程設(shè)計(jì)目的22.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2 2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容2 2.2設(shè)計(jì)要求23.設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)情況2 3.1設(shè)計(jì)思路2 3.2工作原理及框圖3 3.3各模塊程序代碼及仿真結(jié)果4 3.4實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證情況204課程設(shè)計(jì)總結(jié)245.參考文獻(xiàn)251、課程設(shè)計(jì)目的 （1）學(xué)

2、習(xí)操作數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)，掌握點(diǎn)陣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、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求2.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）學(xué)習(xí)掌握按鍵開關(guān)控制模塊、點(diǎn)陣顯示模塊的工作原理及應(yīng)用； （2）熟練掌握VHDL編程語言，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)十進(jìn)制數(shù)字的顯示。 （5） 整理設(shè)計(jì)內(nèi)容，編寫設(shè)計(jì)說明書。2.2、設(shè)計(jì)要求 （1）本課程設(shè)計(jì)說明書； （2）VHDL源程序及內(nèi)部原理圖； （3）該設(shè)計(jì)可以在實(shí)驗(yàn)箱上正常工作

3、并演示。 3、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，由于整個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)比較繁瑣，所以采用模塊化設(shè)計(jì)思想會(huì)更好些，對(duì)于不同的功能用不同的程序模塊實(shí)現(xiàn)。各個(gè)模塊之間保持相對(duì)獨(dú)立，最終將各個(gè)模塊合在一塊，這樣有利于對(duì)不同的功能模塊進(jìn)行理解個(gè)、分析、調(diào)試、仿真。利用按鍵開關(guān)控制點(diǎn)陣進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)字顯示，我們可以采用單個(gè)按鍵計(jì)數(shù)遞增的形式進(jìn)行顯示，也可以利用十個(gè)按鍵，每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)十進(jìn)制數(shù)字，進(jìn)行隨意顯示。我更傾向于十個(gè)按鍵同時(shí)使用，這是我的初衷。 我把整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)模塊，包括分頻模塊、消抖模塊、列控制模塊和顯示模塊。分頻模塊，我通過查找資料和參考試驗(yàn)箱把它設(shè)為1000分頻，偶數(shù)分頻比較容

4、易實(shí)現(xiàn)。消抖要十個(gè)鍵同時(shí)消抖，并且具有保持功能，所以這里需要斟酌一下，否則點(diǎn)陣不能一直點(diǎn)亮，這樣就省去了鎖存模塊，一箭雙雕。列掃描模塊就是利用時(shí)鐘上升沿信號(hào)對(duì)點(diǎn)陣進(jìn)行逐列循環(huán)掃描，把這個(gè)信號(hào)給sel3到sel0作為選擇信號(hào)。顯示模塊就是通過sel端口和按鍵消抖后的信號(hào)進(jìn)行選擇，屬于掃描行信號(hào)。到此就可以很好的做以下細(xì)致的工作了。3.2、工作原理及框圖 （1）工作原理 16×16 LED點(diǎn)陣由四塊8×8 LED 點(diǎn)陣組成，共256個(gè)LED燈，只需要讓對(duì)應(yīng)的LED燈點(diǎn)亮，就可以漢字?jǐn)?shù)字顯示，如圖1、2，列選擇信號(hào)如表1. 圖1.點(diǎn)陣實(shí)物圖 表1. 圖2.點(diǎn)亮示意圖 SEL3SE

5、L2SEL1SEL0點(diǎn)亮列號(hào)1111第1列1110第2列1101第3列1100第4列1011第5列1010第6列1001第7列1000第8列0111第9列0110第10列0101第11列0100第12列0011第13列0010第14列0001第15列0000第16列 （2）系統(tǒng)連接圖， 輸入1MHz的時(shí)鐘，分頻為1K，消抖6ms 圖3. 系統(tǒng)連接總圖3.3、各模塊的程序代碼及仿真結(jié)果 (1)分頻模塊 由于我的是一千分頻，在仿真上很難觀察，所以我的仿真圖是十分頻的。 一千分頻程序library ieee;Use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic

6、_unsigned.all;entity fenpin is port(clk:in std_logic; clk_out:out std_logic);end fenpin;architecture fenpin_1 of fenpin issignal cnt:integer range 0 to 999:=0;begin process(clk) begin if clk'event and clk='1' then -上升沿有效 if cnt=999 then -從0到999為一千 cnt <= 0; else cnt <= cnt+1; end i

7、f; end if; end process;process(cnt)beginif cnt<500 then clk_out<='0'-0到499為低電平else clk_out<='1'end if;end process;end fenpin_1;圖4. 十分頻仿真波形仿真圖 （2）消抖模塊 程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity xiaodou isport(clk,rst:in std_logic; key_in

8、:in std_logic_vector(0 to 9); -按鍵輸入 key_out:out std_logic_vector(0 to 9);-經(jīng)消抖按鍵輸出end xiaodou;architecture rt1 of xiaodou issignal num:integer range 0 to 5; -計(jì)6次消抖，為6msbeginprocess(clk)beginif(rst='0') thenif(clk'event and clk='1') then if(key_in/="1111111111")then -說明有鍵

9、按下if (num=5)then num<=0;key_out<=key_in; -計(jì)滿6次說明有效else num<=num+1;end if;elsenum<=0;-無鍵按下保持上次的值，計(jì)數(shù)清0end if;end if;elsenum<=0;key_out<="1111111111"end if;end process;end rt1; 從圖5我們看到只要有鍵按下，那么就一直有一個(gè)輸出低電平信號(hào)，這說明點(diǎn)陣可以保持點(diǎn)亮狀態(tài)。并且key_in1持續(xù)六個(gè)周期，產(chǎn)生了低電平，而key_in2持續(xù)了5個(gè)周期，沒產(chǎn)生低電平說明消抖確實(shí)是六次

10、即6ms，成功實(shí)現(xiàn)消抖。圖5.按鍵消抖仿真圖形 （3）列掃描模塊 程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity lie isport(clk:in std_logic; sel:out std_logic_vector(3 downto 0);end lie; architecture control_1 of lie isbeginprocess(clk) variable tmp:std_logic_vector(3 downto 0);beginif clk'ev

11、ent and clk='1' then if tmp="1111" then-循環(huán)16進(jìn)制計(jì)數(shù) tmp:="0000" else tmp:=tmp+1; end if;end if;sel<=tmp-1;end process;end control_1; 仿真圖6 列掃描仿真結(jié)果 （4）顯示模塊 程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity xianshi isport( key_out:in std_logi

12、c_vector(0 to 9);-按鍵信號(hào) sel:in std_logic_vector(3 downto 0);-列掃描信號(hào)dout:out std_logic_vector(15 downto 0);-輸出控制行，進(jìn)行相應(yīng)顯示end xianshi; architecture xianshi_1 of xianshi isbegin process(key_out,sel)-把按鍵和列掃描信號(hào)作為敏感信號(hào) begin case key_out is when "0111111111"=> case sel is when "0000"=&g

13、t;dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>dout<="0000000000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when

14、 "1110"=>dout<="0000000000000000" when "1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示0 when others=>null; end case; when "1011111111"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout&

15、lt;="0000000000000000" when "0010"=>dout<="0000000000000000" when "0011"=>dout<="0000000000000000" when "0100"=>dout<="0000000000000000" when "1001"=>dout<="0000000000000000" when "

16、1010"=>dout<="0000000000000000" when "1011"=>dout<="0000000000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="00000000000000

17、00" when "1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示1 when others=>null; end case; when "1101111111"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010&qu

18、ot;=>dout<="0000000000000000" when "0011"=>dout<="0000000000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000"

19、; when "1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示2 when others=>null; end case; when "1110111111"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>

20、;dout<="0000000000000000" when "0011"=>dout<="0000000000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000" when

21、"1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示3 when others=>null; end case; when "1111011111"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>dout&l

22、t;="0000000000000000" when "0011"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000" when "1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示4 when oth

23、ers=>null; end case; when "1111101111"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>dout<="0000000000000000" when "0011"=>dout<=&quo

24、t;0000000000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000" when "1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示5 when others=>

25、;null; end case; when "1111110111"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>dout<="0000000000000000" when "0011"=>dout<="00000

26、00000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000" when "1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示6 when others=>null;

27、end case; when "1111111011"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>dout<="0000000000000000" when "0011"=>dout<="000000000000

28、0000" when "0100"=>dout<="0000000000011100" when "0101"=>dout<="0000000000111100" when "0110"=>dout<="0000000011101100" when "0111"=>dout<="0000001111001100" when "1010"=>dout<

29、;="0000000000001100" when "1011"=>dout<="0000000000011100" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000" when "11

30、11"=>dout<="0000000000000000"-顯示7 when others=>null; end case; when "1111111101"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>dout<="

31、;0000000000000000" when "0011"=>dout<="0000000000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000" when "1111"

32、;=>dout<="0000000000000000"-顯示8 when others=>null; end case; when "1111111110"=> case sel is when "0000"=>dout<="0000000000000000" when "0001"=>dout<="0000000000000000" when "0010"=>dout<="000000

33、0000000000" when "0011"=>dout<="0000000000000000" when "1100"=>dout<="0000000000000000" when "1101"=>dout<="0000000000000000" when "1110"=>dout<="0000000000000000" when "1111"=>dout<="0000000000000000"-顯示9 when others=>null; en