東華大學(xué)電子課程設(shè)計(jì)按鍵陣列掃描與點(diǎn)陣顯示器控制電路以及LC

1、東華大學(xué)的學(xué)子你好，我是你們的學(xué)長(zhǎng)。其實(shí)大學(xué)里學(xué)的東西社會(huì)上用的不多。如果你是自動(dòng)化，請(qǐng)學(xué)好c語(yǔ)言和模電，然后課余的時(shí)候?qū)W些嵌入式芯片arm系列的。也可以往軟件方面發(fā)展，如c#，java等。東華大學(xué)電子課程設(shè)計(jì)課題：按鍵陣列掃描與點(diǎn)陣顯示器控制電路以及LCD顯示以及按鍵音控制電路設(shè)計(jì)（基于FPGA的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)）作者：何足道學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)號(hào)：unknown班級(jí)：自動(dòng)化*日期：201*年*月*日目 錄1、設(shè)計(jì)要求2、總體設(shè)計(jì)概述2.1 設(shè)計(jì)原理及可行性2.2 總體工作過(guò)程2.3 電路框圖設(shè)計(jì)3、電路總圖4、單元電路設(shè)計(jì)與分析5、電路的組構(gòu)與調(diào)試 3、意見(jiàn)及進(jìn)一步改進(jìn)4、總結(jié)與收獲

2、 5、參考文獻(xiàn)6、附錄 2一、設(shè)計(jì)要求采用FPGA設(shè)計(jì)按鍵陣列掃描和發(fā)光二極管點(diǎn)陣控制顯示電路。當(dāng)按下按鍵后，發(fā)光二極管顯示當(dāng)前按鍵值并且保持到下一個(gè)輸入。按鍵的時(shí)候發(fā)出“導(dǎo)，略，米。”等聲音區(qū)別。在LCD區(qū)域顯示學(xué)號(hào)以及電壓。二、系統(tǒng)概述設(shè)計(jì)思想：用掃描電路對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，檢測(cè)到低電平的時(shí)候，對(duì)此時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行鎖存，對(duì)狀態(tài)機(jī)的編碼進(jìn)行解碼，從而生成信號(hào)發(fā)送到lce點(diǎn)陣產(chǎn)生數(shù)字與符號(hào)。同時(shí)，用鎖存的內(nèi)容發(fā)送到另一個(gè)rom進(jìn)行選擇，來(lái)控制蜂鳴器產(chǎn)生聲音，用使能端控制蜂鳴器只在按下的時(shí)候響起。可行性論證：用74194可以做寄存器, 該設(shè)計(jì)方案在理論上是可行的。按鍵掃描部分由狀態(tài)機(jī)A提供各個(gè)掃描信號(hào)，

3、用ROM實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換功能，發(fā)光二極管點(diǎn)陣顯示電路由3位二進(jìn)制數(shù)控制行掃描信號(hào)，同時(shí)控制列顯示碼同步循環(huán)輸出，即可顯示預(yù)設(shè)的字符。各功能的組成：根據(jù)按鍵陣列的判斷原理，可采用一個(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生按鍵編碼信號(hào)。計(jì)數(shù)器的脈沖周期等于按鍵的掃描時(shí)間，計(jì)數(shù)器的模M大于等于被掃描的按鍵數(shù)N。本設(shè)計(jì)要求判斷12個(gè)按鍵的陣列，所以可采用4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生按鍵掃描碼。計(jì)數(shù)器輸出控制譯碼器產(chǎn)生列掃描信號(hào)Y0Y3，并控制數(shù)據(jù)選擇器選擇行線電平Xi。當(dāng)被掃描的按鍵閉合時(shí)，選擇器的輸出信號(hào)控制寄存器保存計(jì)數(shù)器當(dāng)前的鍵碼狀態(tài)，同時(shí)封鎖計(jì)數(shù)器停止鍵掃描，以避免其他按鍵閉合時(shí)產(chǎn)生的影響。發(fā)光二極管點(diǎn)陣電路采用3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器譯碼

4、后掃描控制其行（列）信號(hào)ROWi（Cj），同時(shí)控制列（行）顯示碼同步循環(huán)輸出。所以，必須設(shè)計(jì)一個(gè)譯碼邏輯元件，根據(jù)寄存器保存的按鍵編碼輸出鍵符顯示列（行）控制碼。鍵符顯示譯碼器可采用AHDL真值表方式、組合邏輯器件或只讀存儲(chǔ)器ROM來(lái)實(shí)現(xiàn)。總體工作過(guò)程：1.按鍵編碼計(jì)數(shù)器A輸出4位二進(jìn)制碼Q3Q0，每組碼通過(guò)譯碼器A產(chǎn)生一列低電平有效的列信號(hào)，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器選中一個(gè)行線信號(hào)判斷連接該列、該行的按鍵狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)選擇器輸出低電平時(shí)，表示被掃描鍵閉合。所以，計(jì)數(shù)器輸出的二進(jìn)制碼與陣列中的按鍵一一對(duì)應(yīng)。顯然，按鍵的編碼位序與計(jì)數(shù)器的輸出控制有關(guān)。若計(jì)數(shù)器的高兩位輸出Q3、Q2控制選擇信號(hào)B1和B0

5、，低兩位輸出Q1、Q0控制譯碼信號(hào)A1和A0，則計(jì)數(shù)器輸出為“0001”時(shí)，Y0為低電平，選擇輸出X1的狀態(tài)，掃描按鍵S2。因此，“0001”為S2的鍵碼。2.鍵符顯示碼存儲(chǔ)由于ROM的數(shù)據(jù)輸出控制點(diǎn)陣的列信號(hào)C1C8，因此ROM中每個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)就是一行列控制碼，每位數(shù)據(jù)控制一列。一個(gè)顯示符的8行控制需要8個(gè)單元的列碼 4數(shù)據(jù)，12個(gè)不同的鍵符顯示需要96個(gè)存儲(chǔ)單元，這樣顯示譯碼存儲(chǔ)器至少需要7位地址。如果ROM的高4位地址A6A3由鍵碼Q3Q0控制，低3位地址A2A0由行掃描計(jì)數(shù)器B控制，每個(gè)顯示符的8行列控制碼被存放在以鍵碼劃分塊的連續(xù)8個(gè)存儲(chǔ)單元中。建立存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件時(shí)要注意數(shù)據(jù)位序與

6、點(diǎn)陣序列的關(guān)系以及存儲(chǔ)單元低3位地址與點(diǎn)陣行序的關(guān)系。比如，若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸出D7D0依序控制C1C8，則數(shù)據(jù)碼從高至低位分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣顯示器的從左至右列。如果狀態(tài)機(jī)B的輸出與譯碼器B的輸入及存儲(chǔ)器低3位地址的位序?qū)?yīng)相同，當(dāng)譯碼器B的輸出Y0Y7依序控制ROW1ROW8時(shí)，每個(gè)字符碼的8個(gè)存儲(chǔ)單元從低地址到高地址分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣顯示器從上至下各行。3、按鍵聲音 要制作按鍵聲音，首先要解決的問(wèn)題就是找一個(gè)能夠產(chǎn)生固定頻率的源，在這里很容易實(shí)現(xiàn)，我們使用一個(gè)10M的晶振，當(dāng)其接上適當(dāng)?shù)碾娐分螅鋵l(fā)出恒定的振蕩波形。 有了10M的信號(hào)源之后，怎樣才能使其變成驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出我們需要的聲音的信號(hào)，這里我

7、們使用分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn) 為了發(fā)出不同音名的音，用計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)分頻器要常常改變分頻系數(shù)，這里我們選用一個(gè)模可變的計(jì)數(shù)器來(lái)完成這個(gè)功能。 為了實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放的連續(xù)性，我們把樂(lè)譜存儲(chǔ)到ROM中，播放電路的通取ROM中的內(nèi)容經(jīng)過(guò)特殊的解碼操作便可以得到我們需要的計(jì)數(shù)器分頻系數(shù)。分頻后便是我們需要的驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的信號(hào)電路框圖：三：電路總圖電路總圖（LCD顯示學(xué)號(hào)）：電路總圖（按鍵音與點(diǎn)陣顯示）：四：?jiǎn)卧娐吩O(shè)計(jì)與分析半加器：全加器：全加器模擬：三位加法器：三位加法器模擬：分頻器分頻器提供固定的頻率輸出，用以控制整個(gè)電子系統(tǒng)的時(shí)鐘。分頻器由7片二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器7490組合完成，每級(jí)為十分頻，共輸出10MHZ1HZ

8、共8檔頻率信號(hào)，輸入為FPGA的石英晶振提供的10MHZ的頻率。集成分頻器：分頻器信號(hào)模擬：2.狀態(tài)機(jī)本系統(tǒng)總共使用了兩個(gè)狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)A位于分頻器之后，寄存器之前，在分頻器的輸出時(shí)鐘信號(hào)的控制下，不斷改變狀態(tài)，當(dāng)某一狀態(tài)與按鍵陣列某一按鍵所對(duì)應(yīng)的行列控制信號(hào)相同時(shí)，便將該狀態(tài)保持并送入寄存器。狀態(tài)機(jī)A用單片74161構(gòu)成，復(fù)位端CLRN和置數(shù)端LDN都接高電平，使之無(wú)效，ENP與ENT均由數(shù)據(jù)選擇器的輸出Y控制，當(dāng)Y為低電平時(shí)，便保持當(dāng)前狀態(tài)停止計(jì)數(shù)。CLK接分頻器的輸出端，由于無(wú)需置數(shù)，所以ABCD四端口斷開(kāi)。狀態(tài)機(jī)B也是單片74161，由分頻器選擇某一頻率輸入，使能ENP與ENT均接高電

9、平有效，復(fù)位端CLRN和置數(shù)端LDN都接高電平，使之無(wú)效。輸出只取QCQBQA組成的8種狀態(tài)控制8個(gè)行掃描信號(hào)。數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)采選擇器用雙片集成4選1數(shù)據(jù)選擇器74153，但只使用其中一片。選擇信號(hào)A和B分別接狀態(tài)機(jī)A的QA，QB，數(shù)據(jù)選擇信號(hào)D0，D1，D2分別接1C0，1C1，1C2，由于當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)D0，D1，D2為高電平，所以剩余的引腳1C3需接高電平。譯碼器譯碼器的連接時(shí)就按正常的連接方式使用，輸入為狀態(tài)機(jī)B的三個(gè)輸出信號(hào)，輸出為點(diǎn)陣顯示器的行選擇信號(hào)。顯示學(xué)號(hào)rom：顯示學(xué)號(hào)電路：顯示學(xué)號(hào)結(jié)果：寄存器N分頻二分頻播放單元使用二分頻產(chǎn)生整波，使脈沖占空比50%，避免了蜂鳴器的不正常

10、工作導(dǎo)致的磁化。按鍵點(diǎn)陣顯示rom按鍵音rom按鍵音響時(shí)間控制：按鍵音點(diǎn)陣顯示：電路的組構(gòu)與調(diào)試1.分頻器分頻器提供固定的頻率輸出，用以控制整個(gè)電子系統(tǒng)的時(shí)鐘。分頻器由7片二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器7490組合完成，每級(jí)為十分頻，共輸出10MHZ1HZ共8檔頻率信號(hào)，輸入為FPGA的石英晶振提供的10MHZ的頻率。2.狀態(tài)機(jī)整個(gè)系統(tǒng)共包含2個(gè)狀態(tài)機(jī)，即計(jì)數(shù)器，由1片16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161構(gòu)成。狀態(tài)機(jī)A用于按鍵陣列選擇，狀態(tài)機(jī)B提供行掃描的頻率。3.寄存器寄存器用來(lái)保存由按鍵陣列選擇的存儲(chǔ)器地址的高4位，由8位鎖存器74377構(gòu)成。4.顯示碼存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器由自行設(shè)計(jì)的128*8ROM構(gòu)成，每個(gè)單元存8位，

11、共8根輸出數(shù)據(jù)線。5.數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇選用雙片集成4選1數(shù)據(jù)選擇器73153，用于選擇按鍵陣列的行信號(hào)。6.譯碼器譯碼器采用38線譯碼器74138，配合狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)逐行掃描功能。7.romRom根據(jù)需要而設(shè)定，其地址由狀態(tài)機(jī)鎖存信號(hào)提供，其值為控制端輸入信號(hào)。調(diào)試：電路調(diào)試過(guò)程中還是出了不少問(wèn)題的。特別是rom那里。有一次我把147*的順序搞成了1234了，所以出來(lái)以后按1是沒(méi)有問(wèn)題的但是按二的話就錯(cuò)了，變成了五了。后來(lái)及時(shí)改正了rom中的內(nèi)容，將問(wèn)題解決了。第二個(gè)問(wèn)題就是發(fā)音不準(zhǔn)確。這個(gè)毛病是查了很長(zhǎng)時(shí)間才出來(lái)的。一開(kāi)始以為是器件原因，后來(lái)發(fā)現(xiàn)原來(lái)是rom里頭不對(duì)，原來(lái)是將其中一個(gè)音符跳過(guò)了

12、，所以中間差了一個(gè)音節(jié)，所以出來(lái)的音調(diào)就是不對(duì)的。 17三、意見(jiàn)及進(jìn)一步改進(jìn)本次數(shù)電實(shí)驗(yàn)的主要難點(diǎn)在于如何整合各個(gè)小模塊成為一個(gè)完整的功能電路。其中編寫(xiě)rom部分最容易出錯(cuò)，一不小心就會(huì)搞錯(cuò)，造成顯示不正常。在內(nèi)部連線的時(shí)候也是容易出錯(cuò)的。比如說(shuō)在引腳上，就是把a(bǔ)1接到b3上了沒(méi)有進(jìn)行高位對(duì)高位，低位對(duì)低位的原則，這也會(huì)使結(jié)果出現(xiàn)混亂的，最好是一開(kāi)始就是這樣把電路搞搞端正一點(diǎn)，這樣后來(lái)出錯(cuò)的概率會(huì)小很多。這次實(shí)驗(yàn)，我覺(jué)得主要的改進(jìn)點(diǎn)在于一開(kāi)始的分頻電路太過(guò)于復(fù)雜了，要用7個(gè)7490才能實(shí)現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)的分頻，還是間斷似的。有了下面的這個(gè)n分頻器(減計(jì)數(shù)器)，那還搞什么7490分頻呢？所以最好是一開(kāi)始就把這個(gè)高檔一點(diǎn)的器件介紹給我們使用。四、總結(jié)與收獲這次實(shí)驗(yàn)，收獲還是很大的。把以前數(shù)電書(shū)本上的學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到了事件中去了，很是有自豪感。以前只知道計(jì)數(shù)器移位寄存器的功能，但是對(duì)于他們?cè)趯?shí)踐中到底是有什么作用還是不清楚的，所以還不知道怎么使用他們，這把數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我還是比較熟練的能使用Quartus II 9.0了，對(duì)于lp2900的實(shí)驗(yàn)板也是比較的熟悉了，這次，我學(xué)會(huì)了使用其中的模塊編輯功能和電路波形仿真功能，這兩個(gè)功能還是很實(shí)用的。組合在一起可以為我以后的學(xué)習(xí)上所用。以后再學(xué)習(xí)到類似的知識(shí)就可以自己動(dòng)手在自己的電腦上仿真出來(lái)，這也是一件很好的事情。這