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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
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