数电实验报告.docx
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数电实验报告
数字电路与逻辑设计综合设计实验报告
实验名称：
8X8点阵显示装置
一．摘要：
本实验主要在理论分析和具体的软硬件实现上，针对8×8矩阵的扫描显示、字符的单个显示，字符的循环显示，以及对各项显示功能的切换控制等内容进行了分析与探讨。
在理论分析的基础上，用VHDL语言编写源代码，再配合具体电路连接，实现点阵的扫描，字符的单个显示，字符的循环显示，以及对各项显示功能的切换控制等。
关键字：
扫描，切换
二．设计任务要求：
1．用8×8点阵做一个基本矩阵，设计扫描控制电路，使光点从左上角象素点开始扫描，终止于右下角象素点，然后周而复始地重复下去，扫过一帧所需时间为16秒；
2．用8×8点阵显示4个字符，每秒显示一个字符；
3．显示一个活动的简单图像；
4．以上三种功能可以手动或自动转换；
三．所用元器件：
EPM7128一块
面包板一块
8×8点阵模块一块
按键开关一个
导线若干
四．设计思路和总体设计框图：
1.逐点扫描的实现：
实验要求扫描一帧是16秒，由于是8×8点阵，即每一点亮1/4秒，而我们的时钟信号是1MHz的信号。
因此要对时钟信号进行分频以获得周期为1/4秒的信号，其频率是4Hz，而1M信号的224分频是4Hz，因此我在实验中选择m（21）,m（22）,m（23）三路信号来控制行选通，又因为每行有8个点，所以列选通只要比行选通快三位,m（18）,m（19）,m（20）就可以了。
2.显示的实现：
字符的显示其实与逐点扫描一样，只不过要求扫描速率足够快，快到超人眼所能分辨的程度就行了。
在实验中我选用的是m（20）,m（21）两路信号来控制行选通，用m（10）,m（11）,m（12）三路信号来控制列选通。
3.循环显示的实现：
循环显示原理与字符显示一样，只是帧数较多，只要把两个字符显示状态的过渡状态也写成代码就行了，实验中，我选择每两个字符之间用三帧来过渡，并选用m（18）,m（19），m（20）,m（21）四路信号来控制行选通，用m（10）,m（11）,m（12）三路信号来控制列选通。
4.总体结构框图：
五．控制器部分的状态转移图和流程图：
1．状态转移图：
2．流程图：
六．分块电路的关键源程序：
1．分频部分的关键源程序：
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
m<=m+1;
fangdou<=m（15）;
f0r<=m（23downto21）;
f0c<=m（20downto18）;
f1c<=m（12downto10）;
f1r<=m（21downto20）;
f2c<=m（12downto10）;
f2r<=m（21downto18）;
endif;
endprocess;
2．防抖部分的关键源程序：
process（fangdou）
begin
iffangdou'eventandfangdou='1'then
k
（2）<=k
（1）;
k
（1）<=k（0）;
k（0）<=key;
endif;
g<=k
（2）andk
（1）andk（0）;
endprocess;
3．按键计数的关键源程序：
process（g）
begin
if（g'eventandg='1'）then
ifx=2then
x<=0;
else
x<=x+1;
endif;
endif;
endprocess;
4．点阵扫描模块实现的关键源程序：
process（f0c）
begin--点阵逐点扫描
casef0cis
when"000"=>column<="11111110";
when"001"=>column<="11111101";
when"010"=>column<="11111011";
when"011"=>column<="11110111";
when"100"=>column<="11101111";
when"101"=>column<="11011111";
when"110"=>column<="10111111";
when"111"=>column<="01111111";
whenothers=>column<="00000000";
endcase;
endprocess;
process（f0r）
begin
casef0ris
when"000"=>row<="00000001";
when"001"=>row<="00000010";
when"010"=>row<="00000100";
when"011"=>row<="00001000";
when"100"=>row<="00010000";
when"101"=>row<="00100000";
when"110"=>row<="01000000";
when"111"=>row<="10000000";
whenothers=>row<="11111111";
endcase;
endprocess;
5．字符显示模块实现的关键源程序：
process（f1r,f1c）
begin
casef1cis
when"000"=>c1<="11111110";
when"001"=>c1<="11111101";
when"010"=>c1<="11111011";
when"011"=>c1<="11110111";
when"100"=>c1<="11101111";
when"101"=>c1<="11011111";
when"110"=>c1<="10111111";
when"111"=>c1<="01111111";
whenothers=>c1<="11111111";
endcase;
casef1ris
when"00"=>
casef1cis
……
endcase;
when"01"=>
casef1cis
……
endcase;
when"10"=>
casef1cis
……
endcase;
whenothers=>
casef1cis
……
endcase;
endcase;
endprocess;
6．动画显示模块实现的关键源程序：
process（f2r,f2c）
begin
casef2cis
when"000"=>c2<="11111110";
when"001"=>c2<="11111101";
when"010"=>c2<="11111011";
when"011"=>c2<="11110111";
when"100"=>c2<="11101111";
when"101"=>c2<="11011111";
when"110"=>c2<="10111111";
when"111"=>c2<="01111111";
whenothers=>c2<="11111111";
endcase;
casef2ris
when"0000"=>
casef2cis
……
endcase;
when"0001"=>
casef2cis
……
endcase;
when"0010"=>
casef2cis
……
endcase;
when"0011"=>
casef2cis
……
endcase;
when"0100"=>
casef2cis
……
endcase;
when"0101"=>
casef2cis
……
endcase;
when"0110"=>
casef2cis
……
endcase;
when"0111"=>
casef2cis
……
endcase;
when"1000"=>
casef2cis
……
endcase;
when"1001"=>
casef2cis
……
endcase;
when"1010"=>
casef2cis
……
endcase;
when"1011"=>
casef2cis
……
endcase;
when"1100"=>
casef2cis
……
endcase;
when"1101"=>
casef2cis
……
endcase;
when"1110"=>
casef2cis
……
endcase;
whenothers=>
casef2cis
……
endcase;
endcase;
endprocess;
七．所实现功能说明：
本实验主要完成以下几大功能：
1．点阵的扫描显示：
1）功能实现描述：
y（8）,t（8）分别控制点阵的行的8个输入端和列的8个输入端。
当行为高电位，列为低电位时。
二极管发光，否则不发光。
由中间变量f0c,f0r充当判决依据，以此控制行列的输出信号。
2）仿真波形：
2．字符的单个显示：
功能实现描述：
采用列扫描的方法来实现点字符的显示。
用计数信号m的20,21位充当判决条件，控制行信号y和列信号t的输出，实现行和列的连续循环。
用计数信号m的10，11，12位充当判决条件，控制不同字符显示的循环。
3．字符的循环显示：
循环显示跟字符显示的原理差不多的。
只是其中每一个字符的完整显示需要4帧的时间。
用计数信号m的18,19，20，21位充当判决条件，控制不同字符显示的循环。
器件的资源占用情况：
八．故障及问题分析：
实验中出现了不少问题，但其中有三个比较主要的问题，如下：
1.逐点扫描时，不该亮的点会亮而显示字符时字符有明显的跳跃感
解决方法：
提高扫描频率，利用人眼反应的迟滞性正常显示点和字符
2.在显示字符时，行与列难以实现同步
解决方法：
选择同一个判决变量控制行列的输出，即可实现行与列同步。
3.实验连线比较复杂，并有不断重复工作，很繁琐
解决方法：
利用MaxPlus中的手动分配管脚的功能，自己根据实验需要设置输出管脚，减少重复的连线工作.
九．实验心得：
本次实验是自学习数字电路程序设计以来综合性最强的一次实验，使我对数电程序设计有了进一步的了解和掌握。
通过这次实验，我对VHDL语言有了更深一步的了解，并学会了如何手动分配管脚，对点阵的具体用法也有了更深一步的认识。
最终基本上实现了点阵扫描，单个字符的显示，字符的循环的显示等功能。
总体来讲，这次实验锻炼了我的意志品质，培养了我独立思考解决问题的能力，使我受益匪浅。
十．完整源程序：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitydianzhenis
port（clk:
instd_logic;--1M的系统时钟
key:
instd_logic;--开关，控制点阵图案切换
y:
bufferstd_logic_vector（0to7）;－行输出变量
t:
bufferstd_logic_vector（0to7））;－列输出变量
enddianzhen;
architecturepartofdianzhenis
signalx:
integerrange0to2;
signalrow,column,r1,c1,r2,c2:
std_logic_vector（0to7）;
signalm:
std_logic_vector（23downto0）:
="000000000000000000000000";--总分频
signalf1c,f0r,f0c,f2c,k:
std_logic_vector（2downto0）;--控制输出信号及中间变量
signalf1r:
std_logic_vector（1downto0）;－字符显示的行控制变量
signalf2r:
std_logic_vector（3downto0）;－字符循环显示的行控制变量
signalfangdou,g:
std_logic;
begin
process（clk）--分频部分
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
m<=m+1;
fangdou<=m（15）;
f0r<=m（23downto21）;
f0c<=m（20downto18）;
f1c<=m（12downto10）;
f1r<=m（21downto20）;
f2c<=m（12downto10）;
f2r<=m（21downto18）;
endif;
endprocess;
process（fangdou）--防抖部分
begin
iffangdou'eventandfangdou='1'then
k
（2）<=k
（1）;
k
（1）<=k（0）;
k（0）<=key;
endif;
g<=k
（2）andk
（1）andk（0）;
endprocess;
process（g）
begin
if（g'eventandg='1'）then
ifx=2then
x<=0;
else
x<=x+1;
endif;
endif;
endprocess;
process（f0c）
begin--点阵逐点扫描
casef0cis
when"000"=>column<="11111110";
when"001"=>column<="11111101";
when"010"=>column<="11111011";
when"011"=>column<="11110111";
when"100"=>column<="11101111";
when"101"=>column<="11011111";
when"110"=>column<="10111111";
when"111"=>column<="01111111";
whenothers=>column<="00000000";
endcase;
endprocess;
process（f0r）
begin
casef0ris
when"000"=>row<="00000001";
when"001"=>row<="00000010";
when"010"=>row<="00000100";
when"011"=>row<="00001000";
when"100"=>row<="00010000";
when"101"=>row<="00100000";
when"110"=>row<="01000000";
when"111"=>row<="10000000";
whenothers=>row<="11111111";
endcase;
endprocess;
process（f1r,f1c）--显示文字图案
begin
casef1cis
when"000"=>c1<="11111110";
when"001"=>c1<="11111101";
when"010"=>c1<="11111011";
when"011"=>c1<="11110111";
when"100"=>c1<="11101111";
when"101"=>c1<="11011111";
when"110"=>c1<="10111111";
when"111"=>c1<="01111111";
whenothers=>c1<="11111111";
endcase;
casef1ris
when"00"=>
casef1cis－显示C
when"000"=>r1<="00000000";
when"001"=>r1<="00111100";
when"010"=>r1<="01000010";
when"011"=>r1<="10000001";
when"100"=>r1<="10000001";
when"101"=>r1<="10000001";
when"110"=>r1<="01000010";
when"111"=>r1<="00000000";
whenothers=>r1<="00000000";
endcase;
when"01"=>
casef1cis－显示E
when"000"=>r1<="11111111";
when"001"=>r1<="10010001";
when"010"=>r1<="10010001";
when"011"=>r1<="10010001";
when"100"=>r1<="10010001";
when"101"=>r1<="10010001";
when"110"=>r1<="10010001";
when"111"=>r1<="10010001";
whenothers=>r1<="00000000";
endcase;
when"10"=>
casef1cis－显示T
when"000"=>r1<="00000001";
when"001"=>r1<="00000001";
when"010"=>r1<="00000001";
when"011"=>r1<="00000001";
when"100"=>r1<="11111111";
when"101"=>r1<="00000001";
when"110"=>r1<="00000001";
when"111"=>r1<="00000001";
whenothers=>r1<="00000000";
endcase;
whenothers=>
casef1cis－显示6
when"000"=>r1<="00000000";
when"001"=>r1<="11111111";
when"010"=>r1<="10001001";
when"011"=>r1<="10001001";
when"100"=>r1<="10001001";
when"101"=>r1<="10001001";
when"110"=>r1<="11111001";
when"111"=>r1<="00000000";
whenothers=>r1<="00000000";
endcase;
endcase;
endprocess;
process（f2r,f2c）--显示动画
begin
casef2cis
when"000"=>c2<="11111110";
when"001"=>c2<="11111101";
when"010"=>c2<="11111011";
when"011"=>c2<="11110111";
when"100"=>c2<="11101111";
when"101"=>c2<="11011111";
when"110"=>c2<="10111111";
when"111"=>c2<="01111111";
whenothers=>c2<="11111111";
endcase;
casef2ris
when"0000"=>
casef2cis－显示C
when"000"=>r2<="00000000";
when"001"=>r2<="00111100";
when"010"=>r2<="01000010";
when"011"=>r2<="10000001";
when"100"=>r2<="10000001";
when"101"=>r2<="10000001";
when"110"=>r2<="01000010";
when"111"=>r2<="00000000";
whenothers=>r2<="00000000";
endcase;
when"0001"=>
casef2cis
when"000"=>r2<="00000000";
when"001"=>r2<="00111100";
when"010"=>r2<="10000001";
when"011"=>r2<="10000001";
when"100"=>r2<="10000001";
when"101"=>r2<="10000001";
when"110"=>r2<="10000001";
when"111"=>r2<="00000000";
whenothers=>r2<="00000000";
endcase;
when"0010"=>
casef2cis
when"000"=>r2<="00111100";
when"001"=>r2<="00000000";
when"010"=>r2<="10000001";
when"011"=>r2<="10000001";
when"100"=>r2<="10000001";
when"101"=>r2<="1000000
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