利用键盘控制点阵进行十进制加法计算显示.doc

利用键盘控制点阵进行十进制加法计算显示1、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、课程设计内容和要求：2.1、设计内容： 用VHDL语言编写程序，编写键盘控制模块的控制逻辑，仿真所编写的程序，模拟验证所编写的模块功能，下载程序到芯片中，实现键盘控制点阵进行十进制加法计算显示。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，能够实现十进制数字的显示；（5）整理设计内容，编写设计说明书。3、设计方案及实现情况：3.1、设计思路：分三个模块编写程序，首先实现键盘对点阵的控制，然后设计加法计算功能模块，由于点阵显示的局限性，当有进位时设置CO为高电平在数码管上显示出来，在最后一个模块编写显示的1到9以及加号的列字符扫描信号，从而实现键盘控制点阵十进制加法计算的显示。3.2、工作原理及框图： 系统的输入信号有：开关（允许输入及显示）信号RST，系统时钟信号CLK，按键信号（KEYIN3.0）。系统的输出信号有：点阵行驱动输出信号（LEDOUT0.15），点阵列选信号（SEL3.0），进位输出信号CO。系统的工作过程为：在开关信号RST（低电平有效）为低电平时，矩阵键盘不工作，1616点阵没有显示；当开关信号RST为高电平时，整个系统工作，当在矩阵键盘上按下按键后，1616点阵会显示出一个1位十进制数,在进行功能操作时，当按下NEXT键时，点阵上显示“+”号，然后再按下一个十进制数在点阵上显示，最后按下ENTER键进行加法计算，如果结果大于9，则进位输出CO输出高电平，点亮发光二极管，点阵显示个位，否则直接输出结果。LED点阵显示原理：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、外形美观以及具有显示信息丰富、功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点，可以代替数码管、符号管和米字管。如果将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，因此被泛用于机场、车站、码头、银行及许多公共场所的指示、说明、广告等场合。1616的LED点阵显示器，是由256个LED组成,共阳极的1616的LED点阵显示器的典型连接方式是：每一行的16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16行阳极连线由16位分别控制；每一列的16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16列阴极连线由16位分别控制。 点阵字符的驱动过程: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。1616点阵显示驱动的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。矩阵式键盘的工作原理：矩阵式键盘又叫行列式键盘，是用I/O口线组成的行、列矩阵结构，在每根行线与列线的交叉处，二线不直接相通而是通过一个按键跨接接通。采用这种矩阵结构只需M根行输出线和N根列输入线，就可连接MN个按键。通过键盘扫描程序的行输出与列输入就可确认按键的状态，再通过键盘处理程序便可识别键值。矩阵式键盘的按键识别方法为行扫描法又称为逐行扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，介绍过程如下：1）判断键盘中有无键按下：将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与行线相交叉的按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 2）判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 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KIN3KIN0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。图1 总体框图3.3 、各模块功能描述：键盘扫描模块：实验箱中48矩阵键盘的电路原理图如图2所示图2 矩阵键盘的电路原理图该矩阵键盘的工作原理为：扫描信号为BCOM8.1，在BCOM8.1前已接有一个3-8译码器，3-8译码器的输入为SEL0SEL2。当3-8译码器的输入为000时，即BCOM1为0，其他位为1，我们按下第一排第一键，此时KIN0输出0，KIN1KIN3输出全为1，按下第二排第二键时，KIN1输出0，其他输出1；当3-8译码器输入为001时，即BCOM2为0，我们按下第一排第一键，此时KIN0输出0，KIN1KIN3输出全为1，同理其他键依此类推。键盘上的每个按键就是一个开关，当某键被按下时，该按键的接点会呈现0状态，反之为1。扫描信号为SEL2.0进入3-8译码器，再从译码器输出到键盘，所以第一次只能扫描一排，依此周而复始。若从KIN3.0输出的皆为1时，表示没有按键按下，代表该列没有按键被按下，则不进行按键编码的操作，反之，如果有被按下时，则应将KIN3.0读出的值送到译码电路进行编码。按键位置与数码的关系如下表1所示：表1 按键位置与数码关系表SEL2SEL0KIN3KIN0对应的按键按键功能00011100数字011016数字61011LAST功能键0111CTRL功能键00111101数字111017数字71011STEP功能键0111EMPTY1扩展101011102数字21101REG功能键1011C字母C0111EMPTY2扩展201111103数字31101EXEC功能键1011D字母D0111EMPTY3扩展31001110MEM功能键11018数字81011E字母E0111EMPTY4扩展41011110ESC功能键11019数字91011F字母F0111SHIFT功能键11011104数字41101A字母A1011NEXT功能键0111NONE无定义11111105数字51101B字母B1011ENTER功能键0111NONE无定义在设计该模块时，因为要实现十六进制数的显示，所以在KEYBOARD的模块中的p3进程依据上表描述了按键位置与数码的关系，实现了键盘输入输出的功能。KOUT4.0为键盘扫描后的对应的译码输出；CP为时钟CLK的四分频后的输出；Q1.0对按下的键值进行标志：“00”表示按下09之间的键值、“01”表示按下NEXT按键、“10”表示按下ENTER按键、“11”表示按下其它按键。键盘控制模块如图3所示。图3 键盘控制模块图源程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity keyboard isport ( clk ,rst : in std_logic; kin : in std_logic_vector (3 downto 0); cp : out std_logic;q : out std_logic_vector (1 downto 0); sel : out std_logic_vector (3 downto 0); kout : out std_logic_vector (4 downto 0) );end keyboard; architecture keyboard_arc of keyboard is signal counter : std_logic_vector(3 downto 0);signal counter1 : std_logic_vector(1 downto 0); signal counter2 : std_logic_vector(4 downto 0); signal colsel,Y : std_logic_vector(4 downto 0); signal clk1,ktest,kdown: std_logic; signal a : std_logic_vector(3 downto 0); signal b : std_logic_vector(2 downto 0);beginktest=kin(3) and kin(2) and kin(1) and kin(0);p1: process(rst,clk) begin if(rst=0) then counter1=00; elsif(clkevent and clk=1) then counter1=counter1+1; end if; end process p1; clk1=0 when counter1=01 else 1; cp=clk1;p2: process(rst,clk1,ktest) begin if(rst=0) then counter=0000; elsif(clk1event and clk1=1) then if(ktest=0) or (kdown=0) then counter=counter; else counter=counter+1; end if; end if; end process p2; sel=counter; p3:process(clk,ktest) begin a=kin; b case a is when 1110=YYYYnull; end case; when 001= case a is when 1110=YYYYnull; end case; when 010= case a is when 1110=YYYYnull; end case; when 011= case a is when 1110=YYYYnull; end case; when 100= case a is when 1110=YYYYnull; end case; when 101= case a is when 1110=YYYYnull; end case; when 110= case a is when 1110=YYYnull; end case; when 111= case a is when 1110=YYYnull; end case; when others=null; end case; end process p3;p4: process(ktest,clk,rst) begin if(rst=0) then counter2=00000; kdown=1; elsif(clkevent and clk=1) then if(ktest=0) then counter2=00000; kdown=0; elsif(counter211110) then counter2=counter2+1; if(counter2=11100) then kdown=1; end if; end if; end if; end process p4;p5: process(kdown,rst) begin if(rst=0) then colsel=00000; elsif(kdownevent and kdown=1) thenif(Y10000)thenq=00;colsel=Y;elsif(Y=10000)thenq=01;elsif(Y=10001)thenq=10;elsif(Y=11111)thenq=11;end if; end if; end process p5; kout case sel is when 0000 = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout null; end case; when 00001 = case sel iswhen 0000 = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout null; end case; when 00010 = case sel is when 0000 = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout null; end case; when 00011 = case sel is when 0000 = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout null; end case; when 00100 = case sel is when 0000 = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout null; end case; when 00101 = case sel is when 0000 = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout