基于FPGA的数码显示和键盘扫描的电路设计.doc

前 言 现在，电子技术的发展非常迅猛高新科技日新月异。特别是专用集成电路（ASIC）设计技术的日趋进步和完善，推动着数字电路系统设计方法的发展，使他从单纯的ASIC设计走向了 系统设计和单片系统的设计。而经过几十年的发展越来越成熟的FPGA设计方式以他的短周期，低成本，灵活方便的独特优势走红于电子技术业内。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决定制电路的不足，又克服原有可编程器件门电路数有限的缺点。 本设计的的内容是基于FPGA的数码显示和键盘扫描电路的设计，通过键盘对数码显示调控来实现FPGA的思想。键盘输入通过按键扫描检测和去抖动在通过编码输入到显示电路中，在显示过程中能通过键盘输入对显示内容进行校正和调节。在通过编译仿真下载到FPGA电子板上后能显示预期的信号，当按下键盘时候能产生预期的结果。 在设计这个课题的过程中，遇到很多问题，比如开始的时候遇到的一个问题就是自己在在quartus中进行仿真，把模块单个的拿出来仿真仿真波形正常，但当把几个模块连在一起的时候仿真就出不来预期的波形。最后在老师和同学的帮助下发现要对每个模块进行了解，对模块之间的连接要适当的处理。 经过这次设计，尽管结果不是那么完美，但为自己以后的生活，学习有了很大的帮助，特别是在设计过程中不断遇到问题不断解决问题的经验会让我受用终生。 第一章 绪论 1 1.1 选题背景 1 1.1.1 课题相关技术的发展 1 1.1.2 课题研究的必要性 2 1.2 课题研究的内容 2 第二章 FPGA简介 3 2.1 FPGA概述 3 2.2 FPGA基本结构 3 2.3 FPGA系统设计流程 5 2.4 FPGA开发编程原理 7 第三章 电路总体设计方案 9 3.1 总体电路的构成 9 3.2 电路工作原理 10 第四章 单元电路设计 12 4.1 分频模块电路设计与实现 12 4.2 键盘扫描模块电路设计与实现 13 4.2.1 键盘接口电路原理 13 4.2.2 键盘接口的VHDL描述 14 4.3 计数模块设计与实现 20 4.3.1 秒计数模块 20 4.3.2 分计数模块 22 4.3.3 时计数模块 23 4.4 动态扫描及显示电路设计与实现 25 4.4.1 动态扫描模块 25 4.4.2 显示模块 26 第五章 总体仿真和实物图 28 5.1 总体仿真图 28 5.2实物图 29 第六章 结论 31 5.1 结论分析 31 5.2 不足之处 32 第七章 致谢 33 参考文献 34 附录一 36 附录二 39 附录三 40 摘 要 设计一个基于FPGA的数码显示和键盘扫描电路，具体内容包括键盘接口，数码显示接口，实时时钟和键盘扫描电路等内容。 主要采用EDA技术，以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段设计文件，在quartus工具软件环境下，采用自顶向下的设计方法，由各个基本模块共同构建了一个基于FPGA的电路。 系统主芯片采用EP13T144C，由时钟模块、控制模块、计时模块、数据译码模块、显示模块组成。经编译和仿真，在可编程逻辑器件上下载验证。本设计以时分秒的形式显示，由按键输入进行对显示的校时、启动停止功能。 关键词 硬件描述语言，VHDL，FPGA，键盘接口 Abstract This design is an FPGA-based digital display and keyboard scan circuit design, including the keyboard interface, digital display interface, real-time clock and keyboard scanning circuit . The use of EDA design technology, hardware-description language VHDL description logic means for the system design documents, in MaxplusII tools environment, a top-down design, by the various modules together build a FPGA-based digital clock. The main system chips used EP1C3T144C, make up of the clock module, control module