利用键盘控制点阵进行ASIC字符显示.doc

1 目 录 1 课程设计的目 的 2 2 课程设计内容和要 求 2 2 1 设计内 容 2 2 2 设计要 求 2 3 设计方案及实现情 况 2 3 1 设计思 路 2 3 2 工作原理及框 图 2 2 3 3 各功能模块描 述 6 3 4 仿真结 果 13 3 5 实验箱验证情 况 14 4 课程设计总 结 17 4 1 自上而下的设计思 想 17 4 2 课程设计实验心 得 17 5 参考文 献 18 3 1 1 课程设计目的 课程设计目的 1 学习操作数字电路设计实验开发系统 掌握点阵显示模块的工作原理及 应用 2 掌握组合逻辑电路 时序逻辑电路的设计方法 3 学习掌握可编程器件设计的全过程 2 2 课程设计内容和要求 课程设计内容和要求 2 1 设计内容 1 键盘扫描模块实现对键盘的扫描控制 2 编写控制点阵的程序 实现对点阵时序的控制 使点阵能够正常工作 3 添加其他功能模块 协调两个主模块更好地进行工作 2 2 设计要求 1 学习掌握键盘控制模块 点阵显示模块的工作原理及应用 2 熟练掌握 VHDL 编程语言 编写键盘控制模块的控制逻辑 3 仿真所编写的程序 模拟验证所编写的模块功能 4 下载程序到芯片中 硬件验证所设置的功能 能够实现字符显示 5 整理设计内容 编写设计说明书 3 3 设计方案及实现情况设计方案及实现情况 3 1 设计思路 4 通过对键盘的控制来显示字符的输出 采用模块化的设计思想 对于不同 的功能用不同的程序模块来实现 基于这种设计思想 对本次课程设计题目分 为以下几个模块 时序产生电路模块 键盘与点阵扫描电路模块 键盘译码模 块 显示模块 此模块对应产生列字符扫描信号 工作概况如下 当按下键盘 后 键盘扫描到对应的输出信号 然后进行第一次译码 接着把译码结果传递 给 xiansi 模块 xianshi 模块根据译码结果产生对应的列字符扫描信号 从而 进行输出 3 2 工作原理及框图 1 键盘译码电路 键盘中的按键可分为数字键和功能键 数字键主要用来输入数字 但从上述内容发现 键盘所产生的输出 KIN3 KIN0 无法拿来直接使用 另外不同的数字按键也担负不同的功能 因此必须由键盘 译码电路来规划某个按键的输出形式 以便执行相应的动作 有了键盘参数表 要写出键盘译码电路的 VHDL 程序就非常容易了 尤 其针对有表可以对照的电路设计 只要使用 CASE WHEN 或 WHEN ELSE 语句 便 可轻松完成设计 5 图 1 图 2 2 LED 点阵工作原理 LED 点阵式显示器不仅可以显示数字 也可显示所有西文字母和符号 与由单个发光二极管连成的显示器相比 具有焊点少 连线少 所有点在同平 面 亮度均匀 外形美观等优点 可以代替数码管 符号管和米字管 如果将 6 多块组合可以构成大屏幕显示屏用于汉字 图形 图表等等的显示 8 8 的 LED 点阵显示器 是由 64 个 LED 组成 内部电路如图 3 所示 12345678 1334106111516 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 8 12 1 7 2 5 管脚 行 列 管脚 图 3 共阳极的 8 8 的 LED 点阵显示器的典型连接方式是 每一行的 8 个阳极连在一起 由行扫描码锁存器和驱动器的一位控制 总 共 8 行阳极连线由 8 位分别控制 每一列的 8 个阴极连在一起 由列扫描码锁存器和驱动器的一位控制 总 共 8 列阴极连线由 8 位分别控制 在写点阵字符显示的驱动之前 应知道各显 示字符的字形码 点阵字符的驱动 点阵式 LED 显示器采用逐行扫描式工作 要使点阵显示出 一个字符的编程方法是 首先选通第一行 接着 向行码锁存器写入该行的字 型码 即列数据 然后 按相同的方式选通第二行 写第二行的字型码 由 此类推 直到写完所有行的字型码 完成一个字符的显示 点阵控制接口的设计 在实验仪器中 16 16 点阵显示的驱动电路已经做 好 并且其行选通信号为一 4 16 译码器的输出 所以我们在设计点阵控制接口 时 其行选通信号输出必须经 4 16 编码 系统框图如下 7 图 4 3 3 各模块功能描述 1 时序产生电路模块 通过此模块 将 CLK 信号分频 library ieee use ieee std logic 1164 all use ieee std logic unsigned all entity fpq is port clk in std logic divclk out std logic end fpq architecture fpq arch of fpq is begin process clk variable cnt std logic vector 1 downto 0 variable a std logic begin if clk event and clk 1 then if a 0 then if cnt 11 then a 1 else cnt cnt 1 end if elsif a 1 then if cnt 00 then a 0 else 8 cnt cnt 1 end if end if end if divclk a end process end fpq arch 2 键盘与点阵扫描电路模块 只有在扫描时输出 KIN0 KIN3 才有效 所以需要扫描电路 通过时钟控制计 数 产生键盘的扫描信号 sel 2 0 扫描信号的变化顺序为 000 001 010 011 100 101 110 111 依次循环变化来扫描 8 列按键及点阵 该信号用来对键 盘按键进行扫描 详细代码如下 library ieee use ieee std logic 1164 all use ieee std logic unsigned all entity sel is port clk in std logic sel3 sel2 sel1 sel0 out std logic end sel architecture cnt arch of sel is begin process clk variable cn std logic vector 3 downto 0 begin if clk event and clk 1 then if cn 1111 then cn 0000 else cn cn 1 end if end if 9 sel0 cn 0 sel1 cn 1 sel2 cn 2 sel3 cn 3 end process end cnt arch 3 键盘译码模块 当按下数字键时 键盘所产生的的输出 KIN3 KIN0 跟扫描信号 SEL2 SEL0 结 合 编译成字符选择控制数 library ieee use ieee std logic 1164 all use ieee std logic unsigned all entity yimaqi is port kin3 kin2 kin1 kin0 clk in std logic sel3 sel2 sel1 sel0 in std logic p out std logic vector 3 downto 0 end yimaqi architecture yima qi of yimaqi is signal a std logic vector 3 downto 0 signal b std logic vector 3 downto 0 signal q std logic vector 3 downto 0 signal m std logic vector 7 downto 0 begin process clk begin if clk event and clk 1 then a kin3 b sel3 mqqqqqqqqqqqqqqqqq q end case end if p q end process end yima qi 4 显示模块 通过此模块 将字符选择控制数选中对应的字符 并通过列扫描信号输出到 点阵 library ieee use ieee std logic 1164 all use ieee std logic unsigned all entity xianshi is port p in std logic vector 3 downto 0 clk in std logic se0 se1 se2 se3 in std logic q out std logic vector 15 downto 0 end xianshi architecture xianshi arc of xianshi is signal sel std logic vector 3 downto 0 begin sel case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull end case when 0001 case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull end case when 0010 case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull 12 end case when 0011 case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull end case when 0100 case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull end case when 0101 case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull end case when 0110 case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull end case when 0111 case sel is when 0010 qqqqqqqqqqqqqqnull end case when others null end case end if end process end xianshi arc 3 4 仿真结果 1 时序产生电路模块仿真波形图如下所示 图 5 如图 这是一个 8 分频的分频器 2 键盘与点阵扫描电路模块仿真波形图如下所示 图 6 该仿真结果显示的是在时钟 clk 的触发下 模块输出键盘扫描所需要的信 号 sel Sel 从 0 到 E 循环变化 3 键盘译码模块仿真波形图如下所示 图 7 15 该仿真结果显示的是在键盘按键被按下时 通过键盘输出的 KIN 信号和扫描信 号 SEL 的值对键盘按键进行译码 如图 当 kin 信号是 1110B 键盘上第 1 行 sel 为 0001B 时 键盘上第二列 即按下键盘上的 1 时 输出为 1 结果正确 此仿真有一定的延时 4 显示模块仿真波形图如下所示 图 8 当字符控制信号为 7 时 输出的为 5 系统仿真波形图如下所示 图 9 当 kin 信号为 1110B sel 信号为 0 即键盘上按下 0 时 对应的字符控制 信号为 0 对应的输出为 此仿真有延时 3 5 实验箱验证情况 按照程序中管脚的分配 连接好电路 然后进行程序下载和验证 下面是 验证结果的图片 16 图 10 实验联线 图 11 按键 0 1 时分别显示的字符 17 图 12 按键 2 3 时分别显示的字符 图 13 按键 4 5 时分别显示的字符 18 图 14 按键 6 7 时分别显示的字符 4 4 课程设计总结 课程设计总结 4 1 自上而下的设计思想 明确系统任务 画出流程图把系统分成多个模块 在程序设计时 模块 设计更加方便调试 各个模块之间通过管脚进行电信号数据通信 通过小模 块的设计 验证 仿真 完成小的功能 然后通过模块图的连接 选择器件 分配管脚 调试 编译 接实验箱 下载 完成整个设计流程 这就是自上 而下的设计思想 4 2 课程设计实验心得 经过三个多星期的实验 在老师和学长们的热心指导下 查阅了大量的资 料 经过反复的编程 调试 仿真等一系列的实验过程 最终完成整个设计 在实现课程设计实验的过程中也遇到了许多问题 虽然以前也学过用 MAX plus 19 II 不过课程设计时用的模块比较多 比以前复杂多了 稍微一疏忽就会使实 验结果出错 在面对这个稍微大一点的工程设计时 我们需要的是更多的耐心 及细心 遇到问题时首先要想办法去了解 独立思考最终去解决它