《EDA技術(shù)綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于VHDL的16×16漢字點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、eda技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào) 告 題 目： 基于vhdl的1616漢字 點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專業(yè)： 電子信息工程 作者所在班級(jí)： b08212 作 者 姓 名 ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時(shí) 間 ： 2010年12月14日 內(nèi) 容 摘 要隨著電子技術(shù)的不斷革新，以二極管為基礎(chǔ)的led點(diǎn)陣隨之獲得了廣泛的應(yīng)用。在日常生活中，點(diǎn)陣隨處可見。通過(guò)多種控制手段，點(diǎn)陣還可以實(shí)現(xiàn)各種文字和圖案的動(dòng)態(tài)顯示。而在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，點(diǎn)陣的設(shè)計(jì)要求是不同的。傳統(tǒng)的思路一般是應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣控制，但這種方法會(huì)受到一定的硬件資源限制。隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，基于可編程

2、邏輯器件進(jìn)行系統(tǒng)芯片集成的點(diǎn)陣控制不失為一種新的設(shè)計(jì)思路。本設(shè)計(jì)以電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（eda）技術(shù)為核心，運(yùn)用硬件描述語(yǔ)言（vhdl），在max+plus環(huán)境下進(jìn)行編程并下載到可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)led點(diǎn)陣的控制電路。主要程序除了常用的譯碼器、計(jì)數(shù)器之外，還包括了自定義功能的控制模塊。通過(guò)編程、調(diào)試、仿真、下載完成了漢字的動(dòng)態(tài)顯示。彰顯了eda技術(shù)在當(dāng)今電子領(lǐng)域中的重要地位。 關(guān)鍵詞：eda、可編程邏輯器件、計(jì)數(shù)器、點(diǎn)陣、動(dòng)態(tài)目 錄一、 概 述 5二、方案設(shè)計(jì)與論證 51、點(diǎn)亮點(diǎn)陣中一個(gè)點(diǎn)的原理 52、點(diǎn)亮一個(gè)字的原理 53、動(dòng)態(tài)顯示不同漢字的原理 5三、底層文件與程序設(shè)計(jì) 61十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 6

3、 2八進(jìn)制計(jì)數(shù)器 7 3字顯示控制模塊 8四、系統(tǒng)調(diào)試與仿真 121、開發(fā)環(huán)境介紹122、新建項(xiàng)目 123、輸入程序 124、編譯 135、時(shí)序仿真 136、設(shè)計(jì)頂層文件 147、選擇器件 148、設(shè)置管腳 149、下載 14五、硬件調(diào)試 15六、心得體會(huì) 15七、參考文獻(xiàn) 15八、指導(dǎo)教師及評(píng)語(yǔ)16 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱基于vhdl的1616 點(diǎn)陣漢字動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成時(shí)間2010.12.14指導(dǎo)教師胡 職稱副教授學(xué)生姓名 班 級(jí)b08212總體設(shè)計(jì)要求和技術(shù)要點(diǎn)1在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，使點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮，點(diǎn)亮方式自行設(shè)計(jì)，其中位選信號(hào)為16-4編碼器編碼輸出。2設(shè)計(jì)8位開關(guān)控制的8種圖案顯

4、示。3設(shè)計(jì)4位或4位以上的漢字循環(huán)顯示，例如“北華航天工業(yè)學(xué)院” 。工作內(nèi)容及時(shí)間進(jìn)度安排第15周：立題、論證方案設(shè)計(jì)周六、周日 ：相關(guān)的vhdl語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試第16周：周1：進(jìn)入eda實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件與軟件的調(diào)試周2：驗(yàn)收答辯課程設(shè)計(jì)成果1與設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的軟件程序2課程設(shè)計(jì)報(bào)告書3成果使用說(shuō)明書4設(shè)計(jì)工作量要求一、概述 1616led點(diǎn)陣由256個(gè)發(fā)光二極管排成正方形而成，當(dāng)?shù)囟O管一端為高電平，一端為低電平時(shí)即可導(dǎo)通發(fā)光。通過(guò)控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通或截止，就可以顯示控制顯示不同的漢字。而要完成漢字動(dòng)態(tài)顯示，則需別外設(shè)計(jì)一個(gè)“字顯示控制模塊”用以控制漢字的動(dòng)態(tài)切換。當(dāng)要顯示的漢字較多時(shí)，為了

5、能使點(diǎn)陣迅速恢復(fù)到第一個(gè)字，還要設(shè)置一復(fù)位端口。對(duì)于漢字的切換速度，可以通過(guò)時(shí)鐘頻率進(jìn)行控制。在以上顯示過(guò)程中，要力求達(dá)到漢字清晰、連續(xù)、穩(wěn)定、無(wú)閃爍的設(shè)計(jì)要求。 二、方案設(shè)計(jì)與論證本設(shè)計(jì)列掃描信號(hào)4線-16線譯碼器的輸出，行掃描信號(hào)規(guī)律則由人為定義，從而控制漢字的顯示。1、點(diǎn)亮點(diǎn)陣中一個(gè)點(diǎn)的原理點(diǎn)陣由行線與列線控制，行線高電平有效，列線低電平有效。通過(guò)控制4線-16線譯碼器的輸出，控制點(diǎn)陣中某個(gè)點(diǎn)的行控制信號(hào)為高電平，列控制信號(hào)為低電平（即順向偏壓），該點(diǎn)即被點(diǎn)亮。通過(guò)控制行掃描和列掃描，可以點(diǎn)亮點(diǎn)陣中的任意一個(gè)點(diǎn)。 2、點(diǎn)亮一個(gè)字的原理在任一時(shí)刻，點(diǎn)陣中只有一個(gè)點(diǎn)能被點(diǎn)亮。為了達(dá)到一個(gè)點(diǎn)持

6、續(xù)點(diǎn)亮的視覺效果，必須考慮人眼的暫留特性，即控制列掃描頻率大于128hz，再配合控制行掃描信號(hào)，即可“同時(shí)點(diǎn)亮”各相應(yīng)的點(diǎn)從而形成漢字。3、動(dòng)態(tài)顯示不同漢字的原理 為了顯示多個(gè)不同的漢字，需要設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器，每一個(gè)漢字對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的一個(gè)輸出狀態(tài)。由4線-16線譯碼器輸出的列掃描信號(hào)始終不變，而行掃描信號(hào)則由計(jì)數(shù)器控制，計(jì)數(shù)器的每一個(gè)狀態(tài)控制一組行掃描信號(hào)，這樣，在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)輸出的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)漢字的切換。由以上給出的設(shè)計(jì)指標(biāo)， 該點(diǎn)陣顯示器主要包括以下幾個(gè)部分：1用于行掃描的16進(jìn)制計(jì)數(shù)器；2用于控制漢字切換的帶復(fù)位端口的8進(jìn)制計(jì)數(shù)器；3用于控制顯示不同漢字的字顯示控制模塊；以下是1616點(diǎn)陣

7、漢字顯示原理框圖（圖1）：1616點(diǎn)陣4線-16線譯碼器74ls1382片754518片字顯示控制模塊時(shí)鐘信號(hào)源18進(jìn)制計(jì)數(shù)器16進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)源2圖1 1616點(diǎn)陣漢字顯示原理框圖三、底層文件與程序設(shè)計(jì)1、十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器用于行線掃描，十六個(gè)狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣的十六行，通過(guò)程序給每一行設(shè)置相應(yīng)的代碼，可控制相應(yīng)的點(diǎn)發(fā)光，在足夠大的掃描頻率下，即可顯示出字形。該計(jì)數(shù)器帶有復(fù)位端口。十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_lo

8、gic_unsigned.all;entity js_16 isport ( clk,re:in std_logic; q:out std_logic_vector(3 downto 0);end js_16;architecture count_16 of js_16 issignal tmp:std_logic_vector(3 downto 0);beginq=tmp;process(clk,re) begin if re=1 then tmp=0000; elsif clkevent and clk=1 then if tmp=1111 then tmp=0000; else tmp=

9、tmp+1; end if; end if;end process;end count_16;2、八進(jìn)制計(jì)數(shù)器八進(jìn)制計(jì)數(shù)器用于控制漢字的動(dòng)態(tài)切換，其工作頻率就是漢字切換頻率，本設(shè)計(jì)要顯示八個(gè)字，恰好對(duì)應(yīng)八進(jìn)制計(jì)數(shù)器的八個(gè)狀態(tài)。該計(jì)數(shù)器帶有復(fù)位端口，并與上述十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器共用一個(gè)復(fù)位信號(hào)。八進(jìn)制計(jì)數(shù)器的源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity js_8 isport ( clk,re:in std_logic;

10、q:buffer std_logic_vector(2 downto 0);end js_8;architecture count_8 of js_8 isbeginprocess(clk,re)beginif re=1 then q=000;elsif clkevent and clk=1 thenif q=111 then q=000;else qcase n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 001=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 010=c

11、ase n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 011=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 100=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 101=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull;end case;when 110=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1

12、11=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when others=null;end case;end process;end zi_architecture;四、系統(tǒng)調(diào)試與仿真1、開發(fā)環(huán)境介紹max+plus 是altera公司的第三代cpld開發(fā)工具軟件，它集成了可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)環(huán)境，可以在多種上平臺(tái)上運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)可編程邏輯器件設(shè)計(jì)的編輯、編譯、綜合、適配、仿真、編程、下載、和硬件調(diào)試等常規(guī)操作技術(shù)。它還提供了靈活和高效的界面，設(shè)計(jì)者無(wú)需精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需用自己熟悉的設(shè)計(jì)輸入工具（原理圖、波形圖或硬件描述語(yǔ)言

13、等）進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入，max+plus將這些設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成目標(biāo)結(jié)構(gòu)所要求的格式，從而使設(shè)計(jì)都能夠輕松掌握和使用max+plus軟件。2、新建項(xiàng)目（1）啟動(dòng)max+plus軟件，進(jìn)入max+plus管理窗口。（2）在file選擇project/name命令，出現(xiàn)以下對(duì)話框。圖2 新建文本輸入（3）在對(duì)話框中指定項(xiàng)目文件名和驅(qū)動(dòng)器，單擊ok完成。3、輸入程序(1)選擇file/new命令出現(xiàn)如下對(duì)話框，選中text editor file,單擊ok完成。 (2)存盤(save & check)，指定文件名，后綴為.vhd（如圖3）。(3)輸入設(shè)計(jì)好的程序。點(diǎn)擊存盤并檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤（如圖4）。如果有錯(cuò)誤則返回

14、編輯區(qū)修改；（4）選擇file/create default symbol命令，建立一個(gè)符號(hào)文件。圖4 編譯圖3 存盤4、編譯點(diǎn)擊編譯圖標(biāo)對(duì)程序進(jìn)行編譯。無(wú)誤后點(diǎn)start完成編譯。5、時(shí)序仿真（1）新建仿真通道文件.scf。（2）打開仿真器（stimulation）窗口。（3）設(shè)計(jì)仿真參數(shù)start time, end time及其它有關(guān)參數(shù)（如圖5）。圖5設(shè)計(jì)仿真參數(shù)圖6 時(shí)序仿真（4）在processing菜單中選中timing snf extraction命令（如圖6）。（5）編譯并運(yùn)行仿真器，查看仿真結(jié)果并分析（如圖7），完全符合設(shè)計(jì)要求。圖7 仿真分析三個(gè)程序的輸入、編譯、仿真都按

15、照上述步驟進(jìn)行，完成底層文件的設(shè)計(jì)。6、設(shè)計(jì)頂層文件（1）新建項(xiàng)目file/project/name。圖8 頂層文件（2）新建圖形輸入文件.gdf。（3）調(diào)入創(chuàng)建的器件（enter symbol），按功能連接好電路。（4）編譯(compiler)，無(wú)誤后仿真(stimulation)。（5）創(chuàng)建版符號(hào)文件(create default symbol)（如圖8）。7、選擇器件在assign菜單中選中device命令，選擇器件epf10k10lc84-3（如圖9）。圖9 器件選擇8、設(shè)置管腳在max+plus菜單選中footplan editor 命令，對(duì)管腳進(jìn)行設(shè)計(jì)。9、下載連接好電纜線后，打開

16、實(shí)驗(yàn)箱電源，在max+plus菜單選中programmer命令，點(diǎn)擊configure命令完成下載（如圖10）。圖10 下載到硬件五、硬件調(diào)試1、測(cè)試實(shí)驗(yàn)元件(時(shí)鐘源、邏輯電平輸入、點(diǎn)陣)的是否可用，確認(rèn)可用后，按設(shè)置好的管腳連接好實(shí)驗(yàn)電路。2、輸入不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，觀察點(diǎn)陣顯示效果，直至最佳。3、給復(fù)位端加有效電平（高電平），漢字從第一個(gè)開始顯示。4、“北華航天工業(yè)學(xué)院”八個(gè)字正在正常切換，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求。六、心得體會(huì)在本次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)親自動(dòng)手動(dòng)腦，與同學(xué)的交流研討，我學(xué)到了很多東西，書本上的知識(shí)看似簡(jiǎn)單，但到了實(shí)際應(yīng)用時(shí)就會(huì)遇到一些意想不到的問(wèn)題，這是對(duì)理論知識(shí)沒有理解徹底所造成的。課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了理論聯(lián)系實(shí)際，更深刻地掌握了書本上的知識(shí)。但是，由于在計(jì)算機(jī)理論和電路知識(shí)的某些理解不到位，曾經(jīng)導(dǎo)致程序在調(diào)試過(guò)程中的失敗。例如對(duì)信號(hào)和變量的使用不當(dāng)?shù)?。值得高興的是，通過(guò)老師的指點(diǎn)和與同學(xué)的討論，問(wèn)題最終得以順利解決。不僅如此，我還學(xué)會(huì)了較熟練地使max+plus軟件，學(xué)會(huì)了利用網(wǎng)絡(luò)工具來(lái)設(shè)計(jì)電子電路的一般步驟，初步體會(huì)到電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)給社會(huì)