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综合实验报告 一．实验目的： 1.掌握VHDL语言和 QuartusII软件的使用 2.理解状态机的工作原理和设计方法 3.掌握利用EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法 二、 实验器材 1．计算机 2．示波器 3．直流稳压电源 4．万用表 5．EDA 开发板及相应元器件 相关知识： 发光二极管（LED）是六十年代末发展起来的一种半体显示器件，七十年代，随着半导 体材料合成技术、单晶制造技术和Ｐ-Ｎ结形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、 亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。进入八十年代后，LED 在发光波长范围 和性能方面大大提高，并开始形成平板显示产品即LED 显示屏。 LED 显示屏在八十年代后期在全球迅速发展，成为新型信息显示媒体，它利用发光二 极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应 能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在短短的十几年中，迅速成长为平板显示的主 流产品之一，在信息显示领域得到了广泛的应用。 三、 实验任务 1． 用VHDL语言设计实现一个10秒倒计时电路，要求使用8*8点阵显示计时结果。在QuartusII平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板验证实验结果。 2． 自拟其他功能。要求倒计时至0后开始执行该功能，可使用实验板上的任何资源实现任意功能。 四、题目分析与构思设计： （1）需求分析及设计构思： 基本功能：设计实现一个10秒倒计时电路，使用8*8点阵显示计时结果。 本次实验中用到的8*8点阵模块，一共64个发光二极管封装在一个元件上。元件对外的管脚有16 条，分别为行ROW1～ROW8 和列COL1～COL8。点亮点阵上某一点的条件是对应的行管脚输入低电平，列管脚输入高电平，如图1所示。只要不断地以扫描方式给点阵的行和列发送相应的高低电平，在点阵上就可以点亮不同的二极管。当扫描频率高于一定数值时，点阵上就会出现稳定的字符或者图形。所以需要几千HZ的高频扫描信号。 倒计时电路的实现需要时钟为1s的计数电路，所以需要1HZ的时钟信号。 在各个数字持续的1S时间内，通过点阵的扫描实现各数字的稳定显示。 附加功能：实现对预置数的倒计时功能，及计数完毕时幕布彩灯显示。当计时完毕时，蜂鸣器报警，彩灯亮，关闭开关，蜂鸣器停止报警，彩灯熄灭，点阵恢复倒计时初值。开关打开，重新计时。 设计： 采用并行进程分别实现：分频，计数，显示的基本功能，各进程同时进行，在各进程内，代码顺序执行。 利用分频器由50M时钟信号获得1Khz的高频行列扫描时钟，作为进程的敏感信号，设计8进制计数器作为行列控制信号，稳定地显示相应的数字。 利用分频器得到1hz的计数时钟，作为N模（N可从0取到10）计数器的敏感信号，使得每隔一秒数字变换一次，用计数器实现计数。 在此基础上，我对N模计数器进行了改进，以实现预置倒计时初值的功能，这里用到一个按键来实现对计时初值的设定，基本设想是对一个按键设置不同的状态，在各状态间通过加1操作，实现对预置数改变。当选择不同的状态时，这个N模计数器成为对应于计时初值的计数器。 同时，在新的进程中，实现对应数字的显示。 在计数完毕（即显示为0）的状态下，蜂鸣器接收到一个时钟信号发出报警，彩灯电路接收到一个时钟信号被点亮。 （2）逻辑框图： （3）分块程序设计： （1）端口定义： entity dianzhen is port ( clk ,countbutton,statebutton: in std_logic;--计数开关和预置开关 clk1,clk2: buffer std_logic;--分频时钟 row,col:out std_logic_vector(7 downto 0);--行列选通信号 voice:out std_logic;--蜂鸣器报警信号 q:out std_logic_vector(7 downto 0)--彩灯显示 ); end entity; （2）两个进程实现两个分频时钟信号： --把50M分频为1K，作为行列控制信号的时钟 p1:process(countbutton,clk) begin if(clkevent and clk=1) then if qtemp=49999 then qtemp=0; else qtemp=qtemp+1; end if; if qtemp49998 then clk1=0; else clk1=1; end if; end if; end process p1; --把1