基于EDA的脉冲按键电话显示器VHDL程序设计综述

1、 EDA技术与 VHDL课程设计 基于 EDA 的脉冲按键电话显示器 VHDL 程序设计 院 系 电子信息工程学院 班 级 12 电信（专升本） 姓 名 卢文俊 学 号 1208211036 2013 年 6 月 脉冲按键电话显示器 摘要：本系统是利用软件的方式设计硬件，利用 Quartus II 6.0 这款软件对其进行编译 和仿真。本系统包含按键电路、译码电路、数码显示、移位寄存器和锁存模块。利用译码 器控制数据的输入输出变换，而移位寄存器用来控制拨号键、删除键以及重拨键，最后在 通过数码管来显示输出数据。该系统通过按键控制了数码管的显示以及其它功能。 关键词： Quartus II 6.

2、0 ；按键电路；译码电路；数码管；锁存器 Abstract:This system is the use of t he software to design hardware ,the use of this software Quartus II 6.0to compile and simulation.The system includes key circuit,decoding circuit, digital display, the shift register and latch modules.Decoder control data using the input-out

3、put transformation,the shift register is used to control the dialing key,delete key, and redial key, and finally displayed by the digital output data.The system is controlled through the buttons of the digital tube display and other features. Keywords: Quartus II 6.0 ；Key circuit ；Decoding circuit ；

4、 Digital tube ； Latch 4 4 4 4 4 4 5 6 6 6 6 6 6 7 . 7 8 8 9 9 9 9 9 9 10 11 目录 1 设计任务和主要技术指标 2 设计方案及工作原理 2.1 系统设计思路与框图 2.2 各模块功能分析 2.2.1 按键电路模块 2.2.2 译码电路模块 2.2.3 移位寄存器、锁存模块 2.2.4 数码管显示模块 3 单元电路模块的设计、仿真测试 3.1BCD 译码 3.1.1BCD 译码子程序 3.1.2 仿真波形 3.1.3 RTL 电路 3.2 键值显示 3.2.1 键值显示子程序( SET_NUM.VH)D 3.2.2 仿真波

5、形 3.3 顶层文件 试验总结 1 实验结果 . 2 心得体会 . 参考文献 附录 1 顶层文件程序 2 BCD 译码子程序 (DISPLAY.VHD) 3 键值显示子程序( SET_NUM.VH)D 1 设计任务和主要技术指标 1) 设计一个具有最高 8 位显示的电话按键显示器； 2) 能准确地反映按键数字； 3) 显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位显示当前输入数字； 4) 设置“删除键”，按下此键，从最低位开始删除数字，同时显示器数字从高位向低位移 动。 5) 设置“拨号键”拨号键模拟拨号，按下此键拨号指示灯亮； 6) 设置一个重拨键，按下此键，能显示最后一次输入的电话号

6、码； 7) 挂机 2S 后或按熄“灭按键”，熄灭显示器显示。 2 设计方案及工作原理 2.1 系统设计思路与框图 我们设计的用 VHDL语言实现的脉冲按键电话显示器由 4 个模块组成：按键电路，译 码器，移位寄存、锁存器和数码管显示电路，其中移位寄存、锁存器和数码管译码显示电 路为系统的主要组成部分。脉冲按键电话的总体设计框图如图 2.1 所示： 图 2.1 脉冲按键电话总体设计方案 2.2 各模块功能分析 2.2.1 按键电路模块 按键电路功能：提供 09 数字按键的输入，同时设置有拨号键，清除键，挂机键和重 拨键。 2.2.2 译码电路模块 译码电路功能：译码器的功能分为两个部分，第一部分

7、把输入的一位键值转换成四位 BCD码；第二部分把 4 位二进制码译成相应的数码管输出显示码。 BCD码对应的七段数码管显示如表 2.1 所示： 表 2.1 BCD 码对应的数码管显示 4 位 BCD码 g f e d c b a 显示数字 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 2 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 3 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 4 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 5 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 6 0 1 1 1 1 1

8、1 0 0 0 0 7 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 9 其他情况 0 0 0 0 0 0 0 无 2.2.3 移位寄存器、锁存模块 移位寄存器：移位寄存器分为三个部分，当按下拨号键时，数字按键值依次由数码管 的低位向高位移动，同时送入锁存器中；当按下删除键时，键值由高位向低位移除，高位 数码管熄灭；当按下重拨键时，锁存器中存储的键值输入到移位寄存器中，并通过数码管 显示出来。 其大致的流程图如图 2.2 所示： 图 2.2 按键输入过程流程图 2.2.4 数码管显示模块 数码管显示用于将设置好的每个按键的键值 （对应 09 的数字

9、）在数码管上显示出来。 由于实验过程中需要使用 8 个数码管，因为在数码管显示模块必须加上数码管片选及移位 的程序，从而实现数据在输入以后从低位向高位移动、显示。 在进行编写脉冲按键电话显示器程序时，我们主要是利用元件例化语句来实现的，在顶层 文件基础上，调用了数码管 BCD码译码、键值显示两个底层文件， 分别命名为 DISPLAY.VHD、 SET_NUM.VH。D 3 单元电路模块的设计、仿真测试 3.1BCD译码 3.1.1BCD 译码子程序 BCD译码程序的框图如图 3.2 所示 图 3.2 BCD 译码程序 各端口说明分别为： 输出： 数码管的七段显示 输入： BCD130 ：4 位

10、BCD码； 3.1.2 仿真波形 3.1.3 RTL 电路 3.2 键值显示 3.2.1 键值显示子程序( SET_NUM.VH)D 键值显示控制的框图如图 3.3 所示： 图 3.3 按键显示控制框图 各端口说明分别为： 输入： 输出： DIN 9 0 ：09十个数字键；KEYOUT ：可输入数字指示灯； CLK：时钟脉冲；SET30 ：键值的 BCD码 CLEAR：删除键；SEG320 ：数码管的七段； DIAL：拨号键； RE_DAIL：重拨键 3.2.2 仿真波形 3.2.3 RTL 输出： 3.3 顶层文件 总体设计电路如图所示，通过顶层文件生成 RTL 电路。 各端口说明分别为：

11、输入： CLEAR：删除键；SEG716 CLK1：时钟脉冲；SEG82 DIAL：拨号键；KEYOUT RE_DAIL：重拨键 0：8 位数码管； 0 ：数码管的七段； ：可输入数字指示灯； DIN190 ：09十个数字键 试验总结 1 实验结果 仿真结果如预期所想，实现了预期的目标，电话号码移位设计电路是通过按不同的按 键来控制电话号码的拨打情况，通过一个清零端可以控制（当输入错误号码后，清除当前 号码，再重新输入一组新的号码时）电话号码的输入，这样可以自由的输入和更改电话号 码。锁存器记录最后一次所拨号码可以进行重拨操作，显示时间过长可以进行挂机操作。 另外由于条件等的限制，只能进行软件

12、仿真，而软件仿真一方面存在延时，另一方面不能 像硬件测试那样直观 2 心得体会 通过本次课程设计我认识到了自己的不足，在实际操作过程中查阅了很多资料，也和 组员们讨论了很久。首先，经过这次课程设计我的实际动手能力得到很大的提高，另外对 一个课题的总体的驾驭能力也上升的一个新的层面。其次，此次设计中也遇到了很多不同 困难，在和组员之间的相互讨论中认识到团队合作的重要性。最后，我更加深刻的体会到 理论与实际相结合的重要性， 只有将理论与实践相结合， 才能真正的提高自己的动手能力， 而理论运用于实践正式当代大学生所学习的一项基本技能。 参考文献 1. 潘松，黄继业 .EDA技术与 VHDL（第 3

13、版）. 清华大学出版社 ,2009. 2. 卢毅，赖杰 .VHDL与数字电路设计 M. 科学出版社 ,2007. 3. 潘松,EDA技术实用教程（第二版） .科学出版社 ,2005. 附录 1 顶层文件程序 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY PLUSE_KEY IS PORT(DIN1:IN STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0); CLK1,CLEAR,DIAL,RE_DIAL:IN STD_LOGIC; KEYOUT:OUT STD_LOGI

14、C; SEG71:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); SEG8:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); END ENTITY; ARCHITECTURE ONE OF PLUSE_KEYIS -库定义 -包定义 -定义实体名、端口 -定义 09 数字输入 -定义可输入脉冲指示灯 -定义七位段码 - 8 个数码管 -定义结构体 COMPONENT SET_NUM IS -调用 SET_NUM 底层文件 PORT(DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0); CLK,CLEAR,DIAL,RE_DIAL:IN

15、STD_LOGIC; KEYOUT:OUT STD_LOGIC; SET:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SEG8:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); - 调用 DISPLAY 底层文件 END COMPONENT; COMPONENT DISPLAY IS PORT(BCD1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SEG7:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); END COMPONENT; SIGNAL SET_1:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO

16、0); BEGIN- 各端口的连接 U1: SET_NUM PORT MAP( DIN1,CLK1,CLEAR,DIAL,RE_DIAL,KEYOUT,SET_1,SEG8); U2:DISPLAY PORT MAP(SET_1,SEG71); END ART; 2 BCD 译码子程序 (DISPLAY.VHD) LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY DISPLAY IS PORT( BCD1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SEG7

17、:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); END ENTITY; ARCHITECTURE ONE OF DISPLAY IS BEGIN PROCESS(BCD1)IS BEGIN CASE BCD1 IS WHEN 0000=SEG7SEG7SEG7SEG7SEG7SEG7SEG7SEG7SEG7SEG7SEG7=0000000; -显示 2 -显示 3 -显示 4 -显示 5 -显示 6 -显示 7 -显示 8 -显示 9 -其他情况下数码管熄灭 END CASE; END PROCESS; END ARCHITECTURE; 3 键值显示子程序( SET_N

18、UM.VH)D LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY SET_NUM IS PORT(DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0); CLK,CLEAR,DIAL,RE_DIAL:IN STD_LOGIC; KEYOUT:OUT STD_LOGIC; SET:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SEG8:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); END ENTITY; ARCHITEC

19、TURE ONE OF SET_NUM IS SUBTYPE TEN IS STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL BCD :TEN; TYPE NUMBER1 IS ARRAY(7 DOWNTO 0) OF STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL NUMBER : NUMBER1; SIGNAL KEY,KEY1,CLK1,DIAL1,RE_DIAL1:STD_LOGIC; SIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL COUNT1:STD_LOGIC_VECTOR(3

20、DOWNTO 0); SIGNAL COUNT2:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); SIGNAL DIN1: STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0); SIGNAL LOCK: STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0); BEGIN PROCESS(CLK)IS BEGIN IF RISING_EDGE(CLK) THEN COUNT1=COUNT1+1; END IF; END PROCESS; CLK1=0 WHEN COUNT11100 ELSE 1; 11 PROCESS(CLK1)IS BEGIN IF RISING_ED

21、GE(CLK1) THEN DIN1(9 DOWNTO 0)=DIN(9 DOWNTO 0); DIAL1=DIAL; RE_DIAL1=RE_DIAL; END IF; END PROCESS; KEY=(DIN1(0) OR DIN1(1) OR DIN1(2) OR DIN1(3) OR DIN1(4) OR DIN1(5) OR DIN(6) OR DIN1(7) OR DIN1(8) OR DIN1(9); PROCESS(CLK1)IS BEGIN IF FALLING_EDGE(CLK1) THEN IF COUNT2=100 THEN IF CLEAR=0AND RE_DIAL

22、=0 THEN KEY1=KEY; ELSIF CLEAR =1 AND RE_DIAL=0 THEN KEY1=CLK; ELSE KEY1=RE_DIAL1; END IF; COUNT2=000; ELSE COUNT2=COUNT2+1; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(DIN1)IS BEGIN IF DIN1(6)=1 THEN BCD=0110; ELSIF DIN1(1)=1 THEN BCD=0001 ELSIF DIN1(2)=1 THEN BCD=0010 ELSIF DIN1(3)=1 THEN BCD=0011 ELSIF D

23、IN1(4)=1 THEN BCD=0100 ELSIF DIN1(5)=1 THEN BCD=0101 ELSIF DIN1(0)=1 THEN BCD=0000 ELSIF DIN1(7)=1 THEN BCD=0111 ELSIF DIN1(8)=1 THEN BCD=1000 ELSIF DIN1(9)=1 THEN BCD=1001 ELSE BCD=0000; END IF; END PROCESS; KEYOUT=KEY1; 12 PROCESS(KEY1)IS BEGIN IF RISING_EDGE(KEY1) THEN IF CLEAR=0 AND RE_DIAL1=0 T

24、HEN NUMBER(7)=NUMBER(6); NUMBER(6)=NUMBER(5); NUMBER(5)=NUMBER(4); NUMBER(4)=NUMBER(3); NUMBER(3)=NUMBER(2); NUMBER(2)=NUMBER(1); NUMBER(1)=NUMBER(0); NUMBER(0)=BCD; ELSIF CLEAR=1 AND RE_DIAL1=0 THEN NUMBER(0)=NUMBER(1); NUMBER(1)=NUMBER(2); NUMBER(2)=NUMBER(3); NUMBER(3)=NUMBER(4); NUMBER(4)=NUMBER(5); NUMBER(5)=NUMBER(6); NUMBER(6)= NUMBER(7); NUMBER(7)=1111; ELSE NUMBER(7)= LOCK(31 DOWNTO 28); NUMBER(6)= LOCK(27 DOWNTO 24); NUMB