利用鍵盤控制點陣進行ASIC字符顯示

1、1目 錄1、 課程設(shè)計的目的22、 課程設(shè)計內(nèi)容和要求22.1 設(shè)計內(nèi)容22.2 設(shè)計要求23、 設(shè)計方案及實現(xiàn)情況23.1 設(shè)計思路23.2 工作原理及框圖223.3 各功能模塊描述63.4 仿真結(jié)果133. 5 實驗箱驗證情況 144、 課程設(shè)計總結(jié)174.1 自上而下的設(shè)計思想174.2 課程設(shè)計實驗心得175、 參考文獻1831 1、課程設(shè)計目的、課程設(shè)計目的（1）學(xué)習(xí)操作數(shù)字電路設(shè)計實驗開發(fā)系統(tǒng)，掌握點陣顯示模塊的工作原理及應(yīng)用。（2）掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路的設(shè)計方法。（3）學(xué)習(xí)掌握可編程器件設(shè)計的全過程。2 2、課程設(shè)計內(nèi)容和要求：、課程設(shè)計內(nèi)容和要求：2.1、設(shè)計內(nèi)容 （

2、1）鍵盤掃描模塊實現(xiàn)對鍵盤的掃描控制。（2）編寫控制點陣的程序，實現(xiàn)對點陣時序的控制，使點陣能夠正常工作。（3）添加其他功能模塊，協(xié)調(diào)兩個主模塊更好地進行工作。 2.2、設(shè)計要求（1）學(xué)習(xí)掌握鍵盤控制模塊、點陣顯示模塊的工作原理及應(yīng)用；（2）熟練掌握 VHDL 編程語言，編寫鍵盤控制模塊的控制邏輯；（3）仿真所編寫的程序，模擬驗證所編寫的模塊功能；（4）下載程序到芯片中，硬件驗證所設(shè)置的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)字符顯示；（5）整理設(shè)計內(nèi)容，編寫設(shè)計說明書。 3 3、 設(shè)計方案及實現(xiàn)情況設(shè)計方案及實現(xiàn)情況3.1、設(shè)計思路4通過對鍵盤的控制來顯示字符的輸出，采用模塊化的設(shè)計思想，對于不同的功能用不同的程序模

3、塊來實現(xiàn)。基于這種設(shè)計思想，對本次課程設(shè)計題目分為以下幾個模塊：時序產(chǎn)生電路模塊、鍵盤與點陣掃描電路模塊、鍵盤譯碼模塊、顯示模塊(此模塊對應(yīng)產(chǎn)生列字符掃描信號). 工作概況如下：當按下鍵盤后，鍵盤掃描到對應(yīng)的輸出信號，然后進行第一次譯碼，接著把譯碼結(jié)果傳遞給 xiansi 模塊，xianshi 模塊根據(jù)譯碼結(jié)果產(chǎn)生對應(yīng)的列字符掃描信號，從而進行輸出。3.2、工作原理及框圖1、鍵盤譯碼電路鍵盤中的按鍵可分為數(shù)字鍵和功能鍵。數(shù)字鍵主要用來輸入數(shù)字，但從上述內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，鍵盤所產(chǎn)生的輸出 KIN3KIN0無法拿來直接使用；另外不同的數(shù)字按鍵也擔負不同的功能，因此必須由鍵盤譯碼電路來規(guī)劃某個按鍵的輸出形式

4、，以便執(zhí)行相應(yīng)的動作。有了鍵盤參數(shù)表 ，要寫出鍵盤譯碼電路的 VHDL 程序就非常容易了，尤其針對有表可以對照的電路設(shè)計，只要使用 CASE-WHEN 或 WHEN-ELSE 語句，便可輕松完成設(shè)計。5 圖 1 圖 22、LED 點陣工作原理LED 點陣式顯示器不僅可以顯示數(shù)字，也可顯示所有西文字母和符號，與由單個發(fā)光二極管連成的顯示器相比，具有焊點少、連線少，所有點在同平面、亮度均勻、外形美觀等優(yōu)點，可以代替數(shù)碼管、符號管和米字管。如果將6多塊組合可以構(gòu)成大屏幕顯示屏用于漢字、圖形、圖表等等的顯示 88 的 LED點陣顯示器，是由 64 個 LED 組成, 內(nèi)部電路如圖 3 所示。12345

5、6781334106111516123456789148121725管腳行列管腳 圖 3 共陽極的 8 8 的 LED 點陣顯示器的典型連接方式是： 每一行的 8 個陽極連在一起，由行掃描碼鎖存器和驅(qū)動器的一位控制，總共 8 行陽極連線由 8 位分別控制；每一列的 8 個陰極連在一起，由列掃描碼鎖存器和驅(qū)動器的一位控制，總共 8 列陰極連線由 8 位分別控制。在寫點陣字符顯示的驅(qū)動之前，應(yīng)知道各顯示字符的字形碼。點陣字符的驅(qū)動 點陣式 LED 顯示器采用逐行掃描式工作。要使點陣顯示出一個字符的編程方法是：首先選通第一行；接著，向行碼鎖存器寫入該行的字型碼（即列數(shù)據(jù)） 。然后，按相同的方式選通第

6、二行，寫第二行的字型碼由此類推，直到寫完所有行的字型碼，完成一個字符的顯示。點陣控制接口的設(shè)計 在實驗儀器中，1616 點陣顯示的驅(qū)動電路已經(jīng)做好，并且其行選通信號為一 4-16 譯碼器的輸出，所以我們在設(shè)計點陣控制接口時，其行選通信號輸出必須經(jīng) 4-16 編碼。系統(tǒng)框圖如下：7 圖 43.3、各模塊功能描述（1）時序產(chǎn)生電路模塊 通過此模塊，將 CLK 信號分頻。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fpq is port(clk:in std_logic; divclk

7、:out std_logic);end fpq;architecture fpq_arch of fpq is beginprocess(clk)variable cnt:std_logic_vector(1 downto 0);variable a:std_logic;beginif clkevent and clk=1 then if a=0 thenif cnt=11 then a:=1;else cnt:=cnt+1;end if; elsif a=1 thenif cnt=00 then a:=0; else8 cnt:=cnt-1;end if;end if;end if;divc

8、lk=a;end process;end fpq_arch;（2）鍵盤與點陣掃描電路模塊只有在掃描時輸出 KIN0-KIN3 才有效，所以需要掃描電路，通過時鐘控制計數(shù)，產(chǎn)生鍵盤的掃描信號 sel2.0。掃描信號的變化順序為 000-001-010-011-100-101-110-111，依次循環(huán)變化來掃描 8 列按鍵及點陣。該信號用來對鍵盤按鍵進行掃描。詳細代碼如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity sel isport( clk:in std_logic; sel3

9、,sel2,sel1,sel0:out std_logic);end sel;architecture cnt_arch of sel isbeginprocess(clk)variable cn:std_logic_vector(3 downto 0);beginif clkevent and clk=1 thenif cn=1111 thencn:=0000;elsecn:=cn+1;end if;end if;9sel0=cn(0);sel1=cn(1);sel2=cn(2);sel3=cn(3);end process;end cnt_arch;（3）鍵盤譯碼模塊當按下數(shù)字鍵時，鍵盤所

10、產(chǎn)生的的輸出 KIN3KIN0 跟掃描信號 SEL2SEL0 結(jié)合，編譯成字符選擇控制數(shù)。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity yimaqi is port(kin3,kin2,kin1,kin0,clk:in std_logic; sel3,sel2,sel1,sel0:in std_logic; p:out std_logic_vector(3 downto 0);end yimaqi;architecture yima_qi of yimaqi issignal a:

11、std_logic_vector(3 downto 0);signal b:std_logic_vector(3 downto 0);signal q:std_logic_vector(3 downto 0);signal m:std_logic_vector(7 downto 0);beginprocess(clk)beginif clkevent and clk=1thena=kin3&kin2&kin1&kin0;b=sel3&sel2&sel1&sel0;mqqqqqqqqqqqqqqqqq=q;end case;end if; p=q;end process;end yima_qi;

12、（4）顯示模塊通過此模塊，將字符選擇控制數(shù)選中對應(yīng)的字符，并通過列掃描信號輸出到點陣。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity xianshi isport(p:in std_logic_vector(3 downto 0);clk:in std_logic;se0,se1,se2,se3:in std_logic;q:out std_logic_vector(15 downto 0);end xianshi;architecture xianshi_arc of xiansh

13、i issignal sel:std_logic_vector(3 downto 0);begin sel case sel iswhen 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 0001= case sel is when 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 0010= case sel is when 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull;12 end case;when 0011= case sel is when 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 010

14、0= case sel is when 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 0101= case sel is when 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 0110= case sel is when 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 0111= case sel iswhen 0010=qqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when others=null;end case;end if;end process;end xianshi_arc;

15、3.4、仿真結(jié)果1、時序產(chǎn)生電路模塊仿真波形圖如下所示： 圖 5 如圖，這是一個 8 分頻的分頻器。2、鍵盤與點陣掃描電路模塊仿真波形圖如下所示： 圖 6該仿真結(jié)果顯示的是在時鐘 clk 的觸發(fā)下，模塊輸出鍵盤掃描所需要的信號 sel。Sel 從 0 到 E 循環(huán)變化。3、鍵盤譯碼模塊仿真波形圖如下所示： 圖 715該仿真結(jié)果顯示的是在鍵盤按鍵被按下時，通過鍵盤輸出的 KIN 信號和掃描信號 SEL 的值對鍵盤按鍵進行譯碼。如圖，當 kin 信號是 1110B（鍵盤上第 1 行） ，sel 為 0001B 時（鍵盤上第二列） ，即按下鍵盤上的 1 時，輸出為 1，結(jié)果正確。此仿真有一定的延時。

16、4、顯示模塊仿真波形圖如下所示： 圖 8 當字符控制信號為 7 時，輸出的為#。5、系統(tǒng)仿真波形圖如下所示： 圖 9 當 kin 信號為 1110B，sel 信號為 0，即鍵盤上按下 0 時，對應(yīng)的字符控制信號為$,0 對應(yīng)的輸出為$。此仿真有延時。3.5、實驗箱驗證情況按照程序中管腳的分配，連接好電路，然后進行程序下載和驗證。下面是驗證結(jié)果的圖片。16 圖 10.實驗聯(lián)線 圖 11.按鍵 0、1 時分別顯示的字符17 圖 12. 按鍵 2、3 時分別顯示的字符 圖 13. 按鍵 4、5 時分別顯示的字符18 圖 14. 按鍵 6、7 時分別顯示的字符4 4、課程設(shè)計總結(jié)、課程設(shè)計總結(jié)4.1、

17、自上而下的設(shè)計思想明確系統(tǒng)任務(wù)，畫出流程圖把系統(tǒng)分成多個模塊，在程序設(shè)計時，模塊設(shè)計更加方便調(diào)試，各個模塊之間通過管腳進行電信號數(shù)據(jù)通信，通過小模塊的設(shè)計、驗證、仿真，完成小的功能，然后通過模塊圖的連接，選擇器件分配管腳，調(diào)試，編譯，接實驗箱，下載，完成整個設(shè)計流程，這就是自上而下的設(shè)計思想。4.2、課程設(shè)計實驗心得經(jīng)過三個多星期的實驗，在老師和學(xué)長們的熱心指導(dǎo)下，查閱了大量的資料，經(jīng)過反復(fù)的編程，調(diào)試，仿真等一系列的實驗過程，最終完成整個設(shè)計。在實現(xiàn)課程設(shè)計實驗的過程中也遇到了許多問題，雖然以前也學(xué)過用 MAX+plus 19II，不過課程設(shè)計時用的模塊比較多，比以前復(fù)雜多了，稍微一疏忽就會使實驗結(jié)果出錯，在面對這個稍微大一點的工程設(shè)計時，我們需要的是更多的耐心及細心，遇到問題時首先要想辦法去了解，獨立思考最終去解決