利用按鍵開關控制液晶顯示器進行十六進制數字顯示說明書 - 圖文-

1、中北大學課程設計說明書學生姓名:張又木學號: 0906044112學院: 電子與計算機科學技術學院專業(yè): 電子科學與技術題目: 利用按鍵開關控制液晶顯示器進行十六進制數字顯示指導教師:焦新泉職稱: 講師2012 年 6 月 20 日目錄1、課程設計目的 (22、課程設計內容和要求 (22.1、設計內容 (22.2、設計要求 (23、設計方案及實現(xiàn)情況 (23.1、設計思路 (23.2、工作原理及框圖 (23.3、各模塊功能描述 (43.4、仿真結果 (153.5、實驗箱驗證情況 (174、課程設計總結 (185、參考文獻 (181、課程設計目的1.學習操作數字電路設計實驗開發(fā)系統(tǒng),掌握液晶顯示

2、模塊的工作原理及應用。2.掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路的設計方法。3.學習掌握可編程器件設計的全過程2、課程設計內容和要求2.1、設計內容1.學習掌握按鍵開關控制模塊、液晶顯示模塊的工作原理及應用;2. 熟練掌握VHDL編程語言,編寫按鍵開關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,硬件驗證所設置的功能,能夠實現(xiàn)十六進制數字的顯示;5. 整理設計內容,編寫設計說明書。2.2、設計要求1.本課程設計說明書。2.VHDL源程序及內部原理圖。3.該設計可以在實驗箱上正常工作并演示。3、設計方案和實現(xiàn)情況3.1、設計思路對于這個題目,首先對試驗箱上

3、的時鐘頻率進行降頻,因為試驗箱上的時鐘頻率很高,而液晶系統(tǒng)并不需要很高的時鐘頻率,并且低頻時鐘更加有利于消抖功能的實現(xiàn),其次對所使用的按鍵進行消抖處理,然后將消抖處理后的按鍵信號直接送入按鍵計數模塊進行計數,再將按鍵計數模塊的計數結果送往譯碼顯示模塊,嚴格按照液晶OCMJ的顯示時序將要顯示的數據的行坐標,列坐標和數據對應的在BUSY信號不為高的情況下,通過數據線送出,然后在REQ信號線上送出一個高脈沖,將數據顯示在液晶OCMJ上。3.2、工作原理及框圖總體工作原理:在經過分頻的時鐘信號的驅動下,利用按鍵計數模塊對進行了消抖處理后的按鍵信號進行計數,然后將計數數據送給譯碼液晶顯示模塊,進而驅動液

4、晶屏幕進行數據的顯示。系統(tǒng)總體原理圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)總體原理圖液晶顯示器工作原理: OCMJ中文模塊系列液晶顯示器內含 GB 2312 16*16點陣國標一級簡體漢字和 ASCII8*8(半高及8*16(全高點陣英文字庫,用戶輸入區(qū)位碼或 ASCII 碼即可實現(xiàn)文本顯示。OCMJ中文模塊系列液晶顯示器可以實現(xiàn)漢字、ASCII 碼、點陣圖形和變化曲線的同屏顯示,并可通過字節(jié)點陣圖形方式造字。由于顯示的是十六進制數字,故只須掌握接口協(xié)議和其中一條用戶命令。接口協(xié)議為請求/應答(REQ/BUSY握手方式。應答B(yǎng)USY 高電平(BUSY =1表示 OCMJ 忙于內部處理,不能接收用戶命令;BU

5、SY 低電平(BUSY =0表示 OCMJ 空閑,等待接收用戶命令。發(fā)送命令到 OCMJ可在BUSY =0 后的任意時刻開始,先把用戶命令的當前字節(jié)放到數據線上,接著發(fā)高電平REQ 信號(REQ =1通知OCMJ請求處理當前數據線上的命令或數據。OCMJ模塊在收到外部的REQ高電平信號后立即讀取數據線上的命令或數據,同時將應答線BUSY變?yōu)楦唠娖?表明模塊已收到數據并正在忙于對此數據的內部處理,此時,用戶對模塊的寫操作已經完成,用戶可以撤消數據線上的信號并可作模塊顯示以外的其他工作,也可不斷地查詢應答線BUSY是否為低(BUSY =0?,如果BUSY =0,表明模塊對用戶的寫操作已經執(zhí)行完畢。

6、可以再送下一個數據。液晶顯示器顯示8X8ASCII字符命令:格式:F1 XX YY AS該命令為4字節(jié)命令(最大執(zhí)行時間為0.8毫秒,Ts2=0.8mS,其中XX:為以ASCII碼為單位的屏幕行坐標值,取值范圍00到0F、04到13、00到13;YY:為以ASCII碼為單位的屏幕列坐標值,取值范圍00到1F、00到3F、00到4F;AS:坐標位置上要顯示的ASCII 字符碼。OCMJ液晶控制時序圖如圖2所示:3.3、各模塊功能描述說明書要求:圖2 OCMJ液晶控制時序圖3.3、各模塊功能描述總原理圖如圖3所示: 圖3 總原理圖模塊一:分頻模塊 圖4 分頻模塊符號利用VHDL語言生成的分頻符號如

7、圖4所示,clk和rst分別是輸入的時鐘信號引腳和復位引腳,clkout是分頻后的時鐘輸出引腳。本模塊使用13位計數常量分頻,可以將試驗箱上1.25MHZ的時鐘頻率降到150HZ左右,這足以驅動液晶工作。代碼如下:library ieee;entity fenpin isport( clk,rst:in std_logic;clkout:out std_logic;end fenpin;architecture fenpin_behave of fenpin issignal inclk : std_logic_vector(12 downto 0;signal inner : std_log

8、ic;beginprocess(clk,rstbeginif rst = '0' theninclk <= "0000000000000"inner <= '0'inner <= not inner; -當inclk加滿的時候,inner取反inclk <= inclk + 1;elseinclk <= inclk + 1;end if;end if;end process;clkout <= inner;end fenpin_behave;模塊二:消抖模塊 圖5 消抖模塊符號利用VHDL語言生成的按鍵消抖

9、模塊符號如圖5所示,clk和rst分別是時鐘信號引腳和復位引腳,din是按鍵的輸入信號,直接連接在試驗箱的按鍵上,dout是經過消抖處理后的輸出引腳。本模塊采用狀態(tài)機實現(xiàn),共八個狀態(tài),當din信號為低的時候,狀態(tài)機才會向下傳遞狀態(tài),否則重新回到狀態(tài)0,也就是說當有按鍵按下的時候,需要低電平信號持續(xù)八個時鐘周期,才能算是一個信號輸入。由于本系統(tǒng)的時鐘頻率是150HZ,經過計算,每次按鍵必須持續(xù)大約50ms才算有效,如果din信號持續(xù)為低電平,那么輸出端每隔約50ms,輸出一個低脈沖。代碼如下:library ieee;entity key_xd isport( clk,rst,din :in s

10、td_logic;dout :out std_logic;end entity;architecture rtl of key_xd istype xd_state is (s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7;signal pre_s,next_s:xd_state;beginpcs0:process(rst,clkbeginif rst = '0' thenpre_s <= s0;elsif clk'event and clk = '1' then -每次時鐘來臨,把next_s給pre_s pre_s <= next_s;el

11、senull;end if;end process pcs0;pcs1:process(pre_s,next_s,dinbegincase pre_s iswhen s0 =>dout <= '1' -dout置高,確保到不為低電平if din = '1' thennext_s <= s0; -如果din=1,那么返回起始狀態(tài)elsenext_s <= s1; -如果din=0,那么進入下一個狀態(tài)end if;when s1 => -狀態(tài)s1到s6同上dout <= '1'if din = '1'

12、; thennext_s <= s0;elsenext_s <= s2;end if;when s2 =>dout <= '1'if din = '1' thennext_s <= s0;elsenext_s <= s3;end if;when s3 =>dout <= '1'if din = '1' thennext_s <= s0;elsenext_s <= s4;end if;when s4 =>dout <= '1'if din = &

13、#39;1' thennext_s <= s0;elsenext_s <= s5;end if;when s5 =>dout <= '1'if din = '1' thennext_s <= s0;elsenext_s <= s6;end if;when s6 =>dout <= '1'if din = '1' thennext_s <= s0;elsenext_s <= s7;end if;when s7 =>dout <= '0'i

14、f din = '1' then -若din=1,回到起始狀態(tài)next_s <= s0;Else -若din=0,回到s1狀態(tài),進入循環(huán)next_s <= s1;end if;end case;end process pcs1;end rtl;模塊三:計數模塊 圖6 計數模塊符號利用VHDL語言生成的計數模塊符號如圖6所示,key和rst分別是按鍵輸入引腳和復位引腳,dout是計數結果輸出引腳。本模塊采用基本的計數原理,即每當key來一個上升沿,做為緩沖的內部四位二進制信號inclk自增一,最后將inclk給到dout。代碼如下: library ieee;enti

15、ty cnt isport( key,rst :in std_logic;dout :out std_logic_vector(3 downto 0;end cnt;architecture cnt_behave of cnt issignal inclk: std_logic_vector(3 downto 0;beginprocess(key,rstbeginif rst = '0' theninclk <= "0000"elsif key'event and key='0' then -每次來一個下降沿,inclk加一in

16、clk <= inclk + 1;end if;end process;dout <= inclk;end cnt_behave;模塊四:譯碼及顯示模塊 圖7 譯碼及顯示模塊符號利用VHDL語言生成的譯碼及顯示模塊符號如圖7所示,clk和rst分別是時鐘輸入引腳和復位引腳,busy是來自液晶的握手信號,din是需要顯示的十六進制數據,req是向液晶發(fā)出的握手信號,dout是向液晶發(fā)出要顯示的數據的信息的引腳。本模塊采用狀態(tài)機來實現(xiàn),嚴格按照液晶的時序圖經過判斷busy信號不為高的情況下向液晶依次輸出ASCII碼命令字,行坐標,列坐標以及經過譯碼得到的ASCII碼,然后再從req 輸

17、出一個高脈沖。從而驅動液晶屏幕工作。代碼如下:library ieee;entity disply is -實體說明port( clk,busy,rst:in std_logic;din:in std_logic_vector(3 downto 0;req:out std_logic;dout:out std_logic_vector(7 downto 0;end disply;architecture disply_arch of disply istype ztstate is(st0,st1,st2,st3,st4,st5,st6,st7,st8,st9,st10,st11,st12,s

18、t13,st14;signal state: ztstate;Begin -結構體說明process(rst,clkbeginif rst='0' then -復位信號req <= '0'state <= st0;dout <= "ZZZZZZZZ"elsif clk'event and clk = '1' thencase state iswhen st0=>dout <= "11110100" -清屏命令字req<='0'state<=s

19、t1;when st1=> -req輸出一個高脈沖req<= '1'state<=st2;when st2=>req<= '0'state<=st3;when st3=>if busy = '0' thendout <= "11110001" -寫ASCII命令字req<='0'state<=st4;elsestate<=st3;end if;when st4=>req<= '1'state<=st5;when

20、st5=>req<= '0'state<=st6;when st6=> -寫列坐標if busy='1' thenstate<=st6;elsedout <= "00001111"req<='0'state<=st7;end if;when st7=>req<='1'state<=st8;when st8=>req<= '0'state<=st9;when st9=> -寫行坐標if busy='1

21、' thenstate<=st9;elsedout <= "00000001"req<='0'state<=st10;end if;when st10=>req<='1'state<=st11;when st11=>req<= '0'state<=st12;when st12=>if busy='1' thenstate<=st12;elsecase din is -根據輸入寫ASCII碼when "0000"

22、=>dout <= "00110000"when "0001" =>dout <= "00110001"when "0010" =>dout <= "00110010"when "0011" =>dout <= "00110011"when "0100" =>dout <= "00110100"when "0101" =>dout

23、<= "00110101"when "0110" =>dout <= "00110110"when "0111" =>dout <= "00110111"when "1000" =>dout <= "00111000"when "1001" =>dout <= "00111001"when "1010" =>dout <= &quo

24、t;01000001"when "1011" =>dout <= "01000010"when "1100" =>dout <= "01000011"when "1101" =>dout <= "01000100"when "1110" =>dout <= "01000101"when "1111" =>dout <= "01000110

25、"when others =>dout <= "00000000"end case;req<='0'state<=st13;end if;when st13=>req<='1'state<=st14;when st14=>req<= '0'state<=st3; when others=> state<=st0; end case; end if; end process; end disply_arch; 3.4、仿真結果 1.分頻器仿真如圖 8 所示： 圖 8 分頻器功能仿真波形圖 2.消抖模塊仿真如圖 9 所示： 圖 9 消抖模塊功能仿真波形圖 說明：通過仿真可以看出，當按鍵時間適當的時候，dout 端出現(xiàn)了一個低脈沖，而當按 鍵時間過短的時候，此時 din 輸入的低脈沖被當作毛刺，而持續(xù)按鍵的時候，dout 會出現(xiàn)連 續(xù)規(guī)律的低脈沖。這種消抖方式比