《EDA技術(shù)綜合設(shè)計》課程設(shè)計報告基于VHDL的16×16漢字點陣動態(tài)顯示系統(tǒng)的設(shè)計

1、eda技術(shù)綜合設(shè)計課程設(shè)計報告報 告 題 目： 基于vhdl的1616漢字 點陣動態(tài)顯示系統(tǒng)的設(shè)計 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專業(yè)： 電子信息工程 作者所在班級： b08212 作 者 姓 名 ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時 間 ： 2010年12月14日 內(nèi) 容 摘 要隨著電子技術(shù)的不斷革新，以二極管為基礎(chǔ)的led點陣隨之獲得了廣泛的應(yīng)用。在日常生活中，點陣隨處可見。通過多種控制手段，點陣還可以實現(xiàn)各種文字和圖案的動態(tài)顯示。而在不同的應(yīng)用場合，點陣的設(shè)計要求是不同的。傳統(tǒng)的思路一般是應(yīng)用單片機實現(xiàn)點陣控制，但這種方法會受到一定的硬件資源限制。隨著電子設(shè)計自動化技術(shù)的進展，基于可編程

2、邏輯器件進行系統(tǒng)芯片集成的點陣控制不失為一種新的設(shè)計思路。本設(shè)計以電子設(shè)計自動化（eda）技術(shù)為核心，運用硬件描述語言（vhdl），在max+plus環(huán)境下進行編程并下載到可編程邏輯器件中實現(xiàn)led點陣的控制電路。主要程序除了常用的譯碼器、計數(shù)器之外，還包括了自定義功能的控制模塊。通過編程、調(diào)試、仿真、下載完成了漢字的動態(tài)顯示。彰顯了eda技術(shù)在當(dāng)今電子領(lǐng)域中的重要地位。 關(guān)鍵詞：eda、可編程邏輯器件、計數(shù)器、點陣、動態(tài)目 錄一、 概 述 5二、方案設(shè)計與論證 51、點亮點陣中一個點的原理 52、點亮一個字的原理 53、動態(tài)顯示不同漢字的原理 5三、底層文件與程序設(shè)計 61十六進制計數(shù)器 6

3、 2八進制計數(shù)器 7 3字顯示控制模塊 8四、系統(tǒng)調(diào)試與仿真 121、開發(fā)環(huán)境介紹122、新建項目 123、輸入程序 124、編譯 135、時序仿真 136、設(shè)計頂層文件 147、選擇器件 148、設(shè)置管腳 149、下載 14五、硬件調(diào)試 15六、心得體會 15七、參考文獻 15八、指導(dǎo)教師及評語16 課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱基于vhdl的1616 點陣漢字動態(tài)顯示系統(tǒng)的設(shè)計完成時間2010.12.14指導(dǎo)教師胡 職稱副教授學(xué)生姓名 班 級b08212總體設(shè)計要求和技術(shù)要點1在時鐘信號的控制下，使點陣動態(tài)點亮，點亮方式自行設(shè)計，其中位選信號為16-4編碼器編碼輸出。2設(shè)計8位開關(guān)控制的8種圖案顯

4、示。3設(shè)計4位或4位以上的漢字循環(huán)顯示，例如“北華航天工業(yè)學(xué)院” 。工作內(nèi)容及時間進度安排第15周：立題、論證方案設(shè)計周六、周日 ：相關(guān)的vhdl語言程序設(shè)計與調(diào)試第16周：周1：進入eda實驗室進行硬件與軟件的調(diào)試周2：驗收答辯課程設(shè)計成果1與設(shè)計內(nèi)容對應(yīng)的軟件程序2課程設(shè)計報告書3成果使用說明書4設(shè)計工作量要求一、概述 1616led點陣由256個發(fā)光二極管排成正方形而成，當(dāng)?shù)囟O管一端為高電平，一端為低電平時即可導(dǎo)通發(fā)光。通過控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通或截止，就可以顯示控制顯示不同的漢字。而要完成漢字動態(tài)顯示，則需別外設(shè)計一個“字顯示控制模塊”用以控制漢字的動態(tài)切換。當(dāng)要顯示的漢字較多時，為了

5、能使點陣迅速恢復(fù)到第一個字，還要設(shè)置一復(fù)位端口。對于漢字的切換速度，可以通過時鐘頻率進行控制。在以上顯示過程中，要力求達到漢字清晰、連續(xù)、穩(wěn)定、無閃爍的設(shè)計要求。 二、方案設(shè)計與論證本設(shè)計列掃描信號4線-16線譯碼器的輸出，行掃描信號規(guī)律則由人為定義，從而控制漢字的顯示。1、點亮點陣中一個點的原理點陣由行線與列線控制，行線高電平有效，列線低電平有效。通過控制4線-16線譯碼器的輸出，控制點陣中某個點的行控制信號為高電平，列控制信號為低電平（即順向偏壓），該點即被點亮。通過控制行掃描和列掃描，可以點亮點陣中的任意一個點。 2、點亮一個字的原理在任一時刻，點陣中只有一個點能被點亮。為了達到一個點持

6、續(xù)點亮的視覺效果，必須考慮人眼的暫留特性，即控制列掃描頻率大于128hz，再配合控制行掃描信號，即可“同時點亮”各相應(yīng)的點從而形成漢字。3、動態(tài)顯示不同漢字的原理 為了顯示多個不同的漢字，需要設(shè)計一個計數(shù)器，每一個漢字對應(yīng)計數(shù)器的一個輸出狀態(tài)。由4線-16線譯碼器輸出的列掃描信號始終不變，而行掃描信號則由計數(shù)器控制，計數(shù)器的每一個狀態(tài)控制一組行掃描信號，這樣，在計數(shù)器計數(shù)輸出的同時，實現(xiàn)了多個漢字的切換。由以上給出的設(shè)計指標(biāo)， 該點陣顯示器主要包括以下幾個部分：1用于行掃描的16進制計數(shù)器；2用于控制漢字切換的帶復(fù)位端口的8進制計數(shù)器；3用于控制顯示不同漢字的字顯示控制模塊；以下是1616點陣

7、漢字顯示原理框圖（圖1）：1616點陣4線-16線譯碼器74ls1382片754518片字顯示控制模塊時鐘信號源18進制計數(shù)器16進制計數(shù)器時鐘信號源2圖1 1616點陣漢字顯示原理框圖三、底層文件與程序設(shè)計1、十六進制計數(shù)器； 十六進制計數(shù)器用于行線掃描，十六個狀態(tài)分別對應(yīng)點陣的十六行，通過程序給每一行設(shè)置相應(yīng)的代碼，可控制相應(yīng)的點發(fā)光，在足夠大的掃描頻率下，即可顯示出字形。該計數(shù)器帶有復(fù)位端口。十六進制計數(shù)器的源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_lo

8、gic_unsigned.all;entity js_16 isport ( clk,re:in std_logic; q:out std_logic_vector(3 downto 0);end js_16;architecture count_16 of js_16 issignal tmp:std_logic_vector(3 downto 0);beginq=tmp;process(clk,re) begin if re=1 then tmp=0000; elsif clkevent and clk=1 then if tmp=1111 then tmp=0000; else tmp=

9、tmp+1; end if; end if;end process;end count_16;2、八進制計數(shù)器八進制計數(shù)器用于控制漢字的動態(tài)切換，其工作頻率就是漢字切換頻率，本設(shè)計要顯示八個字，恰好對應(yīng)八進制計數(shù)器的八個狀態(tài)。該計數(shù)器帶有復(fù)位端口，并與上述十六進制計數(shù)器共用一個復(fù)位信號。八進制計數(shù)器的源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity js_8 isport ( clk,re:in std_logic;

10、q:buffer std_logic_vector(2 downto 0);end js_8;architecture count_8 of js_8 isbeginprocess(clk,re)beginif re=1 then q=000;elsif clkevent and clk=1 thenif q=111 then q=000;else qcase n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 001=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 010=c

11、ase n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 011=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 100=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 101=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull;end case;when 110=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when 1

12、11=case n is when 1111 =qqqqqqqqqqqqqqqqnull; end case;when others=null;end case;end process;end zi_architecture;四、系統(tǒng)調(diào)試與仿真1、開發(fā)環(huán)境介紹max+plus 是altera公司的第三代cpld開發(fā)工具軟件，它集成了可編程邏輯器件的設(shè)計環(huán)境，可以在多種上平臺上運行，可以實現(xiàn)可編程邏輯器件設(shè)計的編輯、編譯、綜合、適配、仿真、編程、下載、和硬件調(diào)試等常規(guī)操作技術(shù)。它還提供了靈活和高效的界面，設(shè)計者無需精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需用自己熟悉的設(shè)計輸入工具（原理圖、波形圖或硬件描述語言

13、等）進行設(shè)計輸入，max+plus將這些設(shè)計轉(zhuǎn)換成目標(biāo)結(jié)構(gòu)所要求的格式，從而使設(shè)計都能夠輕松掌握和使用max+plus軟件。2、新建項目（1）啟動max+plus軟件，進入max+plus管理窗口。（2）在file選擇project/name命令，出現(xiàn)以下對話框。圖2 新建文本輸入（3）在對話框中指定項目文件名和驅(qū)動器，單擊ok完成。3、輸入程序(1)選擇file/new命令出現(xiàn)如下對話框，選中text editor file,單擊ok完成。 (2)存盤(save & check)，指定文件名，后綴為.vhd（如圖3）。(3)輸入設(shè)計好的程序。點擊存盤并檢查語法錯誤（如圖4）。如果有錯誤則返回

14、編輯區(qū)修改；（4）選擇file/create default symbol命令，建立一個符號文件。圖4 編譯圖3 存盤4、編譯點擊編譯圖標(biāo)對程序進行編譯。無誤后點start完成編譯。5、時序仿真（1）新建仿真通道文件.scf。（2）打開仿真器（stimulation）窗口。（3）設(shè)計仿真參數(shù)start time, end time及其它有關(guān)參數(shù)（如圖5）。圖5設(shè)計仿真參數(shù)圖6 時序仿真（4）在processing菜單中選中timing snf extraction命令（如圖6）。（5）編譯并運行仿真器，查看仿真結(jié)果并分析（如圖7），完全符合設(shè)計要求。圖7 仿真分析三個程序的輸入、編譯、仿真都按

15、照上述步驟進行，完成底層文件的設(shè)計。6、設(shè)計頂層文件（1）新建項目file/project/name。圖8 頂層文件（2）新建圖形輸入文件.gdf。（3）調(diào)入創(chuàng)建的器件（enter symbol），按功能連接好電路。（4）編譯(compiler)，無誤后仿真(stimulation)。（5）創(chuàng)建版符號文件(create default symbol)（如圖8）。7、選擇器件在assign菜單中選中device命令，選擇器件epf10k10lc84-3（如圖9）。圖9 器件選擇8、設(shè)置管腳在max+plus菜單選中footplan editor 命令，對管腳進行設(shè)計。9、下載連接好電纜線后，打開

16、實驗箱電源，在max+plus菜單選中programmer命令，點擊configure命令完成下載（如圖10）。圖10 下載到硬件五、硬件調(diào)試1、測試實驗元件(時鐘源、邏輯電平輸入、點陣)的是否可用，確認可用后，按設(shè)置好的管腳連接好實驗電路。2、輸入不同頻率的時鐘信號，觀察點陣顯示效果，直至最佳。3、給復(fù)位端加有效電平（高電平），漢字從第一個開始顯示。4、“北華航天工業(yè)學(xué)院”八個字正在正常切換，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全符合設(shè)計要求。六、心得體會在本次課程設(shè)計中，通過親自動手動腦，與同學(xué)的交流研討，我學(xué)到了很多東西，書本上的知識看似簡單，但到了實際應(yīng)用時就會遇到一些意想不到的問題，這是對理論知識沒有理解徹底

17、所造成的。課程設(shè)計讓我學(xué)會了理論聯(lián)系實際，更深刻地掌握了書本上的知識。但是，由于在計算機理論和電路知識的某些理解不到位，曾經(jīng)導(dǎo)致程序在調(diào)試過程中的失敗。例如對信號和變量的使用不當(dāng)?shù)?。值得高興的是，通過老師的指點和與同學(xué)的討論，問題最終得以順利解決。不僅如此，我還學(xué)會了較熟練地使max+plus軟件，學(xué)會了利用網(wǎng)絡(luò)工具來設(shè)計電子電路的一般步驟，初步體會到電子設(shè)計自動化技術(shù)給社會進步帶來的巨大力量。此外，通過與同學(xué)合作，增進了友誼的同時，也深刻感受到團結(jié)協(xié)作的樂趣。七、參考文獻 1 梁宗善：電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計 m華中科技大學(xué)出版社.20082 閻 石：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) m.高教出版社.2003

18、3 李國洪 等：eda技術(shù)與實驗 m.機械工業(yè)出版社. 20084 褚振勇、翁木云：fpga設(shè)計及應(yīng)用 m.西安電子科技大學(xué)出版社.20005 曾繁泰、陳美金：vhdl程序設(shè)計 m.清華大學(xué)出版社.2000指導(dǎo)教師評語及設(shè)計成績 評 語 課程設(shè)計成績： 指導(dǎo)教師： 日期： 年 月 日ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mp

19、jr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8d

20、uybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmov

21、dsjqctjagjmdlskpgad2s0h0vmzgaht36gyuez7umank1ndreubeqdgrx0venqgnsyib2ilq3siqrnl4m56t7z8y8da5k0kupn5nzg4jvjdtffhyt82aogqkxo4vblmleiy2p7hthbho07rcfttxodydppdtqso7wxd0j6fkklgm4wodzplhtrr2xgqn13hqy59zu1gegdyqnihntavsieuefqcyfucjwd3vk5i7ykmhundmiz ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrz