利用按键控制点阵进行十进制数字显示

1、中北大学课 程 设 计 说 明 书  学生姓名:郭士西学 号：0906024147学 院:电子与计算机科学技术学院 专 业:微电子学 题 目:利用按键控制点阵进行十进制数字显示   指导教师： 崔永俊 职称: 副教授  2012 年 6 月 22 日目 录1.课程设计目的22.课程设计内容及要求2 2.1设计内容2 2.2设计要求23.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3 3.3各模块程序代码及仿真结果4 3.4实验箱验证情况204课程设计总结245.参考文献251、课程设计目的 （1）学

2、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 （1）学习掌握按键开关控制模块、点阵显示模块的工作原理及应用； （2）熟练掌握VHDL编程语言，编写按键开关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。2.2、设计要求 （1）本课程设计说明书； （2）VHDL源程序及内部原理图； （3）该设计可以在实验箱上正常工作

3、并演示。 3、设计方案及实现情况3.1、设计思路 根据题目设计要求，由于整个过程的实现比较繁琐，所以采用模块化设计思想会更好些，对于不同的功能用不同的程序模块实现。各个模块之间保持相对独立，最终将各个模块合在一块，这样有利于对不同的功能模块进行理解个、分析、调试、仿真。利用按键开关控制点阵进行十进制数字显示，我们可以采用单个按键计数递增的形式进行显示，也可以利用十个按键，每个对应一个十进制数字，进行随意显示。我更倾向于十个按键同时使用，这是我的初衷。 我把整个系统分成四个模块，包括分频模块、消抖模块、列控制模块和显示模块。分频模块，我通过查找资料和参考试验箱把它设为1000分频，偶数分频比较容

4、易实现。消抖要十个键同时消抖，并且具有保持功能，所以这里需要斟酌一下，否则点阵不能一直点亮，这样就省去了锁存模块，一箭双雕。列扫描模块就是利用时钟上升沿信号对点阵进行逐列循环扫描，把这个信号给sel3到sel0作为选择信号。显示模块就是通过sel端口和按键消抖后的信号进行选择，属于扫描行信号。到此就可以很好的做以下细致的工作了。3.2、工作原理及框图 （1）工作原理 16×16 LED点阵由四块8×8 LED 点阵组成，共256个LED灯，只需要让对应的LED灯点亮，就可以汉字数字显示，如图1、2，列选择信号如表1. 图1.点阵实物图 表1. 图2.点亮示意图 SEL3SE

5、L2SEL1SEL0点亮列号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）系统连接图， 输入1MHz的时钟，分频为1K，消抖6ms 图3. 系统连接总图3.3、各模块的程序代码及仿真结果 (1)分频模块 由于我的是一千分频，在仿真上很难观察，所以我的仿真图是十分频的。 一千分频程序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 -从0到999为一千 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为低电平else clk_out<='1'end if;end process;end fenpin_1;图4. 十分频仿真波形仿真图 （2）消抖模块 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); -按键输入 key_out:out std_logic_vector(0 to 9);-经消抖按键输出end xiaodou;architecture rt1 of xiaodou issignal num:integer range 0 to 5; -计6次消抖，为6msbeginprocess(clk)beginif(rst='0') thenif(clk'event and clk='1') then if(key_in/="1111111111")then -说明有键

9、按下if (num=5)then num<=0;key_out<=key_in; -计满6次说明有效else num<=num+1;end if;elsenum<=0;-无键按下保持上次的值，计数清0end if;end if;elsenum<=0;key_out<="1111111111"end if;end process;end rt1; 从图5我们看到只要有键按下，那么就一直有一个输出低电平信号，这说明点阵可以保持点亮状态。并且key_in1持续六个周期，产生了低电平，而key_in2持续了5个周期，没产生低电平说明消抖确实是六次

10、即6ms，成功实现消抖。图5.按键消抖仿真图形 （3）列扫描模块 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-循环16进制计数 tmp:="0000" else tmp:=tmp+1; end if;end if;sel<=tmp-1;end process;end control_1; 仿真图6 列扫描仿真结果 （4）显示模块 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);-按键信号 sel:in std_logic_vector(3 downto 0);-列扫描信号dout:out std_logic_vector(15 downto 0);-输出控制行，进行相应显示end xianshi; architecture xianshi_1 of xianshi isbegin process(key_out,sel)-把按键和列扫描信号作为敏感信号 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"-显示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"-显示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"-显示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"-显示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"-显示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"-显示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"-显示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"-显示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"-显示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"-显示9 when others=>null; en