数电实验简易计算器详解.docVIP

北京邮电大学 数电综合实验报告 题目：简易计算器 学院：信息与通信工程学院 班级： 学号： 班内序号： 姓名： 数字电路综合实验报告 简易计算器 一、实验课题及任务要求 设计并实现一个简易基本要求： 1 利用 4X4 小键盘作为输入，包括：数字键 0-9，清除键，等号键及‘+’‘-’‘*’运算符号键 2.实现输入为 99 以内自然数的加、减、乘运算； 3 能够实现多次连续计算（无优先级，从左到右计算结果），如： 12+34×2-78=14 4. 最大结果为 99999（五位），溢出报警； 5 用数码管显示输入的数字和结果，最左侧数码管用来表示数字的正负，其他五位数 码管表示结果；结果的绝对值大于 99999 时，数码管显示‘Error’。 提高要求： 1实现输入为 9999 以内自然数的加、减法； 除法运算，不能除尽时小数保留 1 位有效数字； 能够区分运算优先级（先乘除，后加减），如：12+34×2-78=2 4.自拟其他功能。 2.2逻辑流程图 2.3MDS图 2.4分块说明 程序主要分为6个模块：分频器模块，键盘扫描模块，防抖模块，控制模块，数码管模块，报警模块。VHDL文件devider包括分频器模块，keyboard包括键盘扫描模块，datain包括防抖模块，控制模块，数码管模块，报警模块。 1.分频器模块 系统时钟是50MHz，利用分频器得到25赫兹的时钟用于键盘扫描；100赫兹的时钟用 于键盘去抖；1000赫兹的时钟用于数码管显示。 2.键盘扫描模块 本模块主要完成是4×4键盘扫描，然后获取其键值，并对其进行编码，从而进行按键的识别。 键盘扫描的实现过程如下：对于4×4键盘，连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可。为了完成这一识别过程，在时钟的上升沿输出列扫描信号其中一列输出低电平，另外三列输出高电平；在时钟的下降沿读入行值，当四行全为1时，表明无键按下；若某一列的行值为0，表示该行有键被按下。结合行值列值，即可确定按下的是哪个键。 3.防抖模块 设置信号flag和counter1,初始值为0。时钟周期为10ms,对输入键值进行时钟周期循环计数，当counter1每次累加到4时，flag加1。只有当flag是1时，才认为是有效值。因此，每次按键只进行一次赋值操作，避免了重复赋值。这很好的解决了按一次键，数码管却显示多位数的问题。 控制模块 控制模块完成数值的计算，对于不同的输入键值采取不同的处理方式。我在编程时把不同的情况分类，再考虑每一类的操作。通过精巧的代码，实现了区分算数优先级和不区分算数优先级的四位数的加减乘法。我设置信号flag,初始化为0，每次输入一个数字加1，flag最大为3,使得最大输入4为数。 5.数码管模块 本实验采用六位七段共阴极数码管，通过选通6个位选管脚，向相应的IO口送低电平来点亮其中一位数码管。. 如下附上7段共阴极数码管真值表 6.报警模块 当报警程序被调用，蜂鸣器输出高电平进行报警，表示结果溢出。 三、仿真波形分析 在QUARTUS2中采用分模块仿真 keyboard仿真 antiwitter仿真 输入键值numin有抖动，但是输出键值numinput并未受到影响，且在键被按下期间只进行一次赋值，因此可以实现防抖功能。 display仿真 Op2是要显示的数，当其超过5位时，beep为1；随着cat的扫描，disnum显示error,所以可以溢出报警。其他数也可以正常显示。 Datain模块 Choice决定是否区分优先级，当choice为1时，不区分优先级，则仿真中的8-1×2=14；当choice为0时，区分优先级，则仿真中的8-1×2=6。由仿真波形可知功能正确。注意初始状态设为0，在此我设置变量start,初始值为零，仅在仿真时有效。 四、源程序 -----------------------devider文件------------------------- LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY devider IS PORT( clk:IN STD_LOGIC; clk_out:OUT STD_LOGIC ); END; ARCHITECTU