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综合实验报告
综合实验报告
一.实验目的:
1.掌握VHDL语言和 QuartusII软件的使用
2.理解状态机的工作原理和设计方法
3.掌握利用EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法
二、 实验器材
1.计算机
2.示波器
3.直流稳压电源
4.万用表
5.EDA 开发板及相应元器件
相关知识:
发光二极管(LED)是六十年代末发展起来的一种半体显示器件,七十年代,随着半导
体材料合成技术、单晶制造技术和P-N结形成技术的研究进展,发光二极管在发光颜色、
亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。进入八十年代后,LED 在发光波长范围
和性能方面大大提高,并开始形成平板显示产品即LED 显示屏。
LED 显示屏在八十年代后期在全球迅速发展,成为新型信息显示媒体,它利用发光二
极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕,以可靠性高、使用寿命长、环境适应
能力强、价格性能比高、使用成本低等特点,在短短的十几年中,迅速成长为平板显示的主
流产品之一,在信息显示领域得到了广泛的应用。
三、 实验任务
1. 用VHDL语言设计实现一个10秒倒计时电路,要求使用8*8点阵显示计时结果。在QuartusII平台上设计程序和仿真题目要求,并下载到实验板验证实验结果。
2. 自拟其他功能。要求倒计时至0后开始执行该功能,可使用实验板上的任何资源实现任意功能。
四、题目分析与构思设计:
(1)需求分析及设计构思:
基本功能:设计实现一个10秒倒计时电路,使用8*8点阵显示计时结果。
本次实验中用到的8*8点阵模块,一共64个发光二极管封装在一个元件上。元件对外的管脚有16 条,分别为行ROW1~ROW8 和列COL1~COL8。点亮点阵上某一点的条件是对应的行管脚输入低电平,列管脚输入高电平,如图1所示。只要不断地以扫描方式给点阵的行和列发送相应的高低电平,在点阵上就可以点亮不同的二极管。当扫描频率高于一定数值时,点阵上就会出现稳定的字符或者图形。所以需要几千HZ的高频扫描信号。
倒计时电路的实现需要时钟为1s的计数电路,所以需要1HZ的时钟信号。
在各个数字持续的1S时间内,通过点阵的扫描实现各数字的稳定显示。
附加功能:实现对预置数的倒计时功能,及计数完毕时幕布彩灯显示。当计时完毕时,蜂鸣器报警,彩灯亮,关闭开关,蜂鸣器停止报警,彩灯熄灭,点阵恢复倒计时初值。开关打开,重新计时。
设计:
采用并行进程分别实现:分频,计数,显示的基本功能,各进程同时进行,在各进程内,代码顺序执行。
利用分频器由50M时钟信号获得1Khz的高频行列扫描时钟,作为进程的敏感信号,设计8进制计数器作为行列控制信号,稳定地显示相应的数字。
利用分频器得到1hz的计数时钟,作为N模(N可从0取到10)计数器的敏感信号,使得每隔一秒数字变换一次,用计数器实现计数。
在此基础上,我对N模计数器进行了改进,以实现预置倒计时初值的功能,这里用到一个按键来实现对计时初值的设定,基本设想是对一个按键设置不同的状态,在各状态间通过加1操作,实现对预置数改变。当选择不同的状态时,这个N模计数器成为对应于计时初值的计数器。
同时,在新的进程中,实现对应数字的显示。
在计数完毕(即显示为0)的状态下,蜂鸣器接收到一个时钟信号发出报警,彩灯电路接收到一个时钟信号被点亮。
(2)逻辑框图:
(3)分块程序设计:
(1)端口定义:
entity dianzhen is
port
(
clk ,countbutton,statebutton: in std_logic;--计数开关和预置开关
clk1,clk2: buffer std_logic;--分频时钟
row,col:out std_logic_vector(7 downto 0);--行列选通信号
voice:out std_logic;--蜂鸣器报警信号
q:out std_logic_vector(7 downto 0)--彩灯显示
);
end entity;
(2)两个进程实现两个分频时钟信号:
--把50M分频为1K,作为行列控制信号的时钟
p1:process(countbutton,clk)
begin
if(clkevent and clk=1) then
if qtemp=49999 then
qtemp=0;
else
qtemp=qtemp+1;
end if;
if qtemp49998 then
clk1=0;
else
clk1=1;
end if;
end if;
end process p1;
--把1
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