1、中北大學中北大學課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 說說 明明 書書 學生姓名:吳艷玲學 號： 0706024105學學 院院: 電子與計算機科學技術(shù)學院專專 業(yè)業(yè): 微電子學題題 目目:利用按鍵開關(guān)控制點陣進行十進制數(shù)字顯示 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 王紅亮王紅亮 職稱職稱: 講師講師 2010 年 6 月 25 日- 1 -目 錄1、課程設(shè)計目的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33.3、各模塊功能描述43.4、仿真結(jié)果 153.5、實驗箱驗證情況 154、課程設(shè)計總結(jié) 175、參考文獻 18 - 2 -1 1、課

2、程設(shè)計目的、課程設(shè)計目的（1）學習操作數(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）學習掌握可編程器件設(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)容用 VHDL 語言編寫程序，使按鍵開關(guān)控制點陣顯示十進制數(shù)字。2.2、設(shè)計要求（1）學習掌握按鍵開關(guān)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，編寫按鍵開關(guān)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)十進制數(shù)字的顯示；（5）整理設(shè)計內(nèi)容，編寫

3、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)計思路此電路共由三個模塊組成：按鍵消抖模塊、行選通信號產(chǎn)生模塊與列掃描控制模塊。88 的 LED 點陣顯示器是由 64 個 LED 組成, 內(nèi)部電路如圖 1 所示。123456781334106111516123456789148121725管腳行列管腳圖 1 88LED 點陣電路原理圖- 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，

4、總共 8 列陰極連線由 8位分別控制。本實驗采用四塊 8 8 的 LED 點陣拼成的一個 16 16 點陣（16 列 16 行）作為1 位字符顯示的點陣碼圖。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。3.2、工作原理及框圖（1）工作原理按鍵的抖動問題：由于機械觸點的彈性振動，按鍵在按下時不會馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時也不能一下子完全的斷開，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會出現(xiàn)一連串的抖動，這稱為按鍵

5、的抖動干擾，其產(chǎn)生的波形如圖 2 所示，當按鍵按下時會產(chǎn)生前沿抖動，當按鍵彈起時會產(chǎn)生后沿抖動。這是所有機械觸點式按鍵在狀態(tài)輸出是的共性問題，抖動的時間長短取決于按鍵的機械特性與操作狀態(tài)，一般為 10ms-100ms，此為鍵盤處理設(shè)計時要考慮的一個重要參數(shù)。前沿抖動后沿抖動圖 6 -2 按鍵的抖動干擾閉合穩(wěn)定釋放穩(wěn)定鍵按下鍵釋放圖 2 按鍵抖動干擾產(chǎn)生的波形鍵盤抖動干擾的消除：按鍵的抖動會造成按一次鍵產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)被可編程邏輯器件誤讀幾次。為了使可編程邏輯器件能正確地讀取按鍵狀態(tài)，必須在按鍵閉合或斷開時，消除產(chǎn)生的前沿或后沿抖動，- 4 -去抖動的方法有硬件方法和軟件方法兩種。本次課程設(shè)計采用

6、了軟件方法：軟件方法是指編制一段時間大于 100ms 的延時程序，在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行這段延時子程序使鍵的前沿抖動消失后再檢測該鍵狀態(tài)，如果該鍵仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為該鍵已穩(wěn)定按下，否則無鍵按下，從而消除了抖動的影響。同理，在檢測到按鍵釋放后，也同樣要延遲一段時間，以消除后沿抖動，然后轉(zhuǎn)入對該按鍵的處理。點陣掃描電路的產(chǎn)生掃描電路的作用是用來提供按鍵掃描信號 K 的電路，掃描信號的變化的順序依次為1111111110-1111111101-1111111011-1111110111-1111101111-1111011111-1110111111-1101111111-1011

7、111111-01111111111 依次的周而復(fù)始。掃描時依序分別掃描按鍵，當掃描信號為 1111111110 時，掃描 K1 這個按鍵，每掃描一個按鍵，就檢查一次是否有按鍵按下，如果有按鍵按下，就馬上停止掃描，立即進行按鍵編碼動作，存儲鍵碼，如果沒有按鍵按下，則繼續(xù)掃描下一個。（2）總體電路原理圖圖 3 總體電路原理圖3.3、各模塊功能描述（1）消抖模塊圖 4 消抖模塊圖- 5 -程序代碼library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;

8、entity xiaodou is port( rst:in std_logic; k: in std_logic_vector(9 downto 0); clk: in std_logic; kout: out std_logic_vector(9 downto 0) );end xiaodou;architecture a of xiaodou issignal count:integer range 0 to 100; begin process(clk,rst,k)begin if(rst=0)then count=0; kout=0000000000; elsif(clkevent

9、and clk=1)then if(count=100)then count=0; kout=k; else count=count+1; end if; end if;- 6 - end process;end a;(2)行選通模塊圖 5 行選通模塊圖程序代碼library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnta isport(clk:in std_logic; q:out std_logic_vector (3 downto 0);end cnta;architecture c

10、nt_arc of cnta isbeginprocess(clk)variable tmp:std_logic_vector(3 downto 0);beginif clkevent and clk=1 then if tmp=1111 then tmp:=0000; else tmp:=tmp+1; end if;end if;q case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case; when 1111111101= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case; when 1

11、111111011= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1111110111= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1111101111= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1111011111= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1110111111= case sel

12、is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1101111111= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1011111111= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 0111111111= case sel is when 0000=qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when others=null; end case; end process;end co

13、rn_arc;圖 8 列掃描控制模塊仿真波形圖- 15 -3.4、仿真結(jié)果圖 9 總體電路仿真波形圖3.5、實驗箱驗證情況總體連線圖- 16 -點陣顯示的字符結(jié)果數(shù)字 0 數(shù)字 1 數(shù)字 2 數(shù)字 3 數(shù)字 4 數(shù)字 5 - 17 -數(shù)字 6 數(shù)字 7 數(shù)字 8 數(shù)字 9 4 4、課程設(shè)計總結(jié)、課程設(shè)計總結(jié)在經(jīng)過長達一個月的課程設(shè)計中，我學會了很多東西，是在原本所學知識的基礎(chǔ)上，進行更深一步的研究，并能夠應(yīng)用到實踐中去。本次課程設(shè)計主要用到的是可編程邏輯器件，利用 Max+pluxII 軟件進行模擬仿真驗證。可編程邏輯器件的功能不是固定不變的，而是可根據(jù)用戶的需要而進行改變，即由編程的方法來確

14、定器件的邏輯功能。它的集成度高，可以替代多至幾千塊通用 IC 芯片，極大減小了電路的面積，降低功耗，提高可靠性，具有完善先進的開發(fā)工具，提供語言、圖形等設(shè)計方法，十分靈活，通過仿真工具來驗證設(shè)計的正確性。在 Max+pluxII 環(huán)境中，進行設(shè)計的方法為：首先進行設(shè)計輸入，然后編譯、仿真和進行時序分析，最后進行器件編程。而設(shè)計輸入又包括圖形設(shè)計輸入和文本設(shè)計輸入。在本次課程設(shè)計中采用了多級設(shè)計輸入的方法，即： （1）將設(shè)計分為幾個模塊（2）單獨輸入并調(diào)試每個模塊- 18 -（3）每個獨立模塊都產(chǎn)生 Default Symbols 或者 Include 文件 （4）將這些模塊應(yīng)用于高級設(shè)計文件在

15、編譯的過程中也要首先選擇目標器件，在無任何管腳分配的情況下編譯高級設(shè)計來檢驗實際設(shè)計是否滿足目標器件。在驗證時，要進行波形圖仿真，看個模塊實現(xiàn)的功能是否正確，是否存在假電平信號，執(zhí)行時序分析，解決性能受阻問題。在進行器件編程時，運行測試驗證系統(tǒng)，必要的話,修改設(shè)計,根據(jù)后面的注釋提示重新編譯并重新給器件編程。硬件連接是課程設(shè)計中的一個大的模塊，要通過點陣進行顯示十進制數(shù)字，就要把所編寫的程序下載到 CPLD 中，然后才能輸出到點陣上顯示，CPLD 的工作大部分是在電腦上完成的。 在 Max+pluxII 給出邏輯電路的輸入激勵信號，進行仿真，查看邏輯輸出結(jié)果是否正確，進行管腳輸入、輸出鎖定，然后生成代碼，最后通過下載電纜將代碼傳送并存儲在 CPLD 芯片中。本次課程設(shè)計中，十個開關(guān)狀態(tài)為激勵信號，連接到芯片，再由輸出引腳接到點陣進行顯示。在設(shè)計的過程中也遇到了很多的問題，軟件方面，程序的編寫、仿真都很容易出錯，而在硬件連接時，經(jīng)常會遇到下載失敗的問題