利用键盘控制点阵进行十进制加法计算显示

1、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. K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。2.2v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

2、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CC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。3.2x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) o系统的输出信号有：点阵行驱动输出信号(LEDOUT0.15J),点阵

3、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，16 X 16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 JS, 16X16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NEXTS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

4、器相比，具有焊点少、连线少，所有点在同平面、亮度均匀、夕卜 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。16X16的LED点阵显示器，是由256个LED组成，共阳极的16X16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

5、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。16X16 点阵显示驱动的行选通信号为一 416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416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

6、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MXN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

7、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KIN3KINO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1作W 口旨i电丨別-擔4艮囲已型型圍園输尿遁鈕吧理尊葺A询73可刁乜迴宜feA7X01一禺创色3二LEDDISPCN(.OUK DOMT15 OJ二LEDOUTKEYBOARD(XI K2TK 1 M2. 08 KE

8、 SEL3J图1总体框图5图2矩阵键盘的电路原理图X / X X 厂 X X X.翌I対3j 在BCOM 8.1前已接有一个38译3.3、各模块功能描述:键盘扫描模块：实验箱中4X8矩阵键盘的电路原理图如图2所示WII 3XWEH卜BCOMTjoBCOJMS uBCOM5uBCOM4BCOM3 inBCOIME2 i BCOM1该矩阵键盘的工作原理为：扫描信号为BCOM 8.1码器，38译码器的输入为SEL0-SEL2当38译码器的输入为1 0001时，即BCOM为O,其他位为1：我们按下第一排第一键，此时KIN0输出4 0： KIN1-KIN3输出全为“按下第二排第二键时，KIN1输出，其他

9、输出当38译码器输入为90时,即BCOM2为O,我们按下第一排第一键，此时KINO输出O, KIN1-KIN3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 十扫描信号为SEL2.O进入38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.O输出的皆为“时，表示没有按键按下，代表该列没有按键被 按下，贝怀进行按键编码的操作，反乙 如果有被按下时，贝I应将KIN3.O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SEL2-SELOKIN3-KINO对应的

10、按键按键功能OOO11100数字011O16数字61011LAST功能键0111CTRL功能键00111101数字111017数字71O11STEP功能键0111EMPTY1扩展101011102数字21101REG功能键1O11C字母C0111EMPTY2扩展2O1111103数字311O1EXEC功能键1011D字母D0111EMPTY3扩展31OO1110MEM功能键11018数字81O11E字母E0111EMPTY4扩展41O11110ESC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1

11、1111105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.O对按下的键值进行标志：00表示按下0* 9 之间的键值、“01”表示按下NEXT按键、u 10表示按下ENTER按键、“1T表示按下其它按键。键盘控制模块如图3所示。KEYBOARDCL.KRSTQC JL.KOUTaCP OJI1C I fri lJ-OjIOj图3键盘控制模块图源程序

12、:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.stdogic_ un sig ned.all;en tity keyboard isport (elk ,rst: in stdjogic;kin : in stdo gic_vector (3 dow nto 0); q : out std_logic_vector (1 dow nto 0); sei : out stdogic_vector (3 dow nto 0); kout: out stdogic vector (4 dow nto 0);cp:out stdjogicend

13、keyboard;architecture keyboard_arc of keyboard issig nal coun ter: stdo gic_vector(3 dow nto 0); sig nal coun ter1 : stdo gic_vector(1 dow nto0);sig nal coun ter2 : stdo gic_vector(4 dow nto 0); sig nal colsel,Y : stdogic_vector(4 dow nto0); sig nal clk1 ,ktest,kdow n: stdjogic;sig nal a: stdo gic_v

14、ector(3 dow nto 0);sig nal b: stdo gic_vector(2 dow nto 0);beg in ktest=ki n(3) and kin and ki n and kin (0); p1: process(rst,clk)beg inif(rst=,O,) the ncou nter1=n00n;elsif(clk*eve nt and clk=1) the ncoun ter1=co un ter1+1;end if;end process p1;clk1= 0* whe n coun ter1=01n elseT；cpv=clk1;p2: proces

15、s(rst,clk1 ,ktest)if(rst-O) thencou nter=nOOOOH;elsif(clk1*eve nt and clk1=1) the n if(ktest=O) or (kdow n=*0f) the n coun ter=co un ter;elsecoun ter=co un ter+1;end if;end if;end process p2;sel=co un ter;p3:process(clk,ktest)begi na=k in;bcase a iswhen H1110H= Yv-OOOOO”；when n1101n= Ywhen H0111H=wh

16、e n others=nu II;end case;when n001n=case a iswhen H1110M= Y Ywhe n ”01whe n others=nu II;end case;when H010n=case a iswhen,1110,= Yv=”00010”；when n110r*= Ywhen H0111n=whe n others=nu II;9end case;when H011n=case a iswhen n1110n=YYYv=”11111”； whe n others=nu II;end case;whenn100H=case a iswhen H1110

17、,=when H1101,=YYYv=”11111”； whe n others=nu II;end case;when”101”=case a iswhen H1110,=when H1101,=Y Yv=H11111n；whenwhe n others=nu II;end case;whenn110H=case a iswhen n1110M= YY Ynu II;when,111,=case a iswhen H1110H= Ywhenn1011H= Ynu II;end case;whe n others=nu II;end case;end process p3;p4: proces

18、s(ktest,clk,rst)beg inif(rst=,O,) the ncou nter2=n00000M;kdow nv=T;elsif(clk*eve nt and clk=1) the nif(ktest=,O,) the ncoun ter2=H00000n;kdow *=V;elsif(cou nter2111101) the n coun ter2=co un ter2+1; if(cou nter2=M11100n) the nkdow nv=T;end if;end if;end if;end process p4;p5: process(kdow n,rst)beg i

19、nif(rst=*O) the n11colsel=MOOOOOn;elsif(kdow neve nt and kdow n=T) the n if(Y,1OOOO,)the nq=,00n;colsel=Y;elsif(Y=n1OOOOn)the n q=n01H;elsif(Y=n10001n)the n q=H10H;elsif(Y=”11111”)thenqv=”11”；end if;end if;end process p5;koutcase sei iswhen ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout l

20、edout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout n ull;end case;when H00001n=case sei iswhe n ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout n ull;end case;whe n ”00010”=case sei is#when ”0000” = ledout ledout led

21、out ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledoutledout n ull;end case;when n00011n=case sei iswhen ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledoutv=”0001000000000100”；whe n n1011 ” = ledout ledout ledout ledoutledout n ull;

22、end case;whe n H00100H=case sei iswhen ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledoutledout n ull;end case;when H00101M=case sei is17when ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout le

23、dout ledout ledoutledout n ull;end case;whe n ”00110”=case sei iswhen ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout n ull;end case;whe n n00111n=case sei iswhe n ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledou

24、t ledout ledout ledout ledout ledout ledoutv=”0000110000000000”；when n1110” = ledout ledout n ull;end case;when n01000M=case sei is21whe n ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout n ull;end case;when n01001H=case sei isw

25、he n ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledouUOOOl000001000100M;whe n ”1000” = ledout ledout ledout ledout ledoutv=”0000001000000000”；when H1111n = ledout n ull;end case;whe n ”10000”=case sei is显示加号whe n ”0000” = ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout ledout

26、ledout ledout ledoutv=”0000000110000000”；whe n ”1100” = ledout ledout ledout ledout n ull;whe n ”1001” = ledout ledout ledout ledout ledout ledoutv=”0000000000000000“；when ”0100“ = ledoutv=”0000000000000000”；when ”0101” = ledout ledout ledout ledoutv=”0000000000000000”；when ”1001” = ledoutv=”0000000

27、000000000”；when ”1010” = ledoutv=”0000000000000000”；when ,1011,* = ledout ledout ledout ledout ledout n ull;end case;whe n others=n ull;end case;end process;end leddisp_arc;加法计算模块：该模块实现对点阵显示方式的控制，控制模块的引脚功能如图5所示，其中：CLK为时钟输入端；RST为复位端，低电平有效；Q仁0为功能方式输入端，用来识别按下键的类型； DATAIN4.O接收来自KEY BOAR模块送来的键值；DATAOUT4.

28、0输出键值码；当按下ENTER 键输出键码值大于9时，进位输出CO为高电平，点亮一个发光二极管。29RSTCLKDATROUTE 0ni f 1etiCODR1TRINa图5加法计算模块图源程序:library ieee;use ieee.stdo gic_1164.all;use ieee.stdogic_ un sig ned.all;use ieee.stdo gic_arith.all;en tity con trol isport(rst,clk : in stdjogic;q : in stdo gic_vector(1 dow nto 0); datain : in stdogic_vector(4 downto 0); dataout: out std_Jogic_vector(4 downto 0); co : out stdogic);end con trol;architecture con trol_arc of con trol issignal s : stdogic_vector(4 downto 0);sig nal tempi : s