北邮数电实验报告_双色点阵

北京邮电大学数电综合实验报告实验名称：双色点阵显示控制器学院：姓名：班级：学号：班内序号：一．设计课题的任务要求用8×8点阵设计双色点阵显示控制器 基本要求： 1、固定红色显示一个汉字或图形，显示亮度4级可调，用一个btn 按钮实现亮度调节，亮度变化视觉效果要尽量明显。

2、用从红到绿8级渐变色显示一个固定汉字或图形。

3、分别用单字循环显示、左右滚动显示、上下滚动显示三种显示方式单色显示四个汉字或图形，显示过程中，显示方式用一个btn 按键进行切换。

4、显示的图形或汉字要尽量饱满美观。

提高要求：滚动显示过程中实现四种显示颜色的自动变换，颜色变化视觉效果要尽量明显。

自拟其它功能。

二．系统设计1. 设计思路考虑本程序设计要求模块明确单一但需要变化多种状态，因此采用单模块多状态多进程方式实现。

其中防抖进程用于检测输入，本程序使用BTN 按键进行输入控制，而按键的键入可能由于抖动产生多个上升沿，对程序的控制产生影响。

防抖动采用了延时原理来对冒险或长时间按键电平进行处理。

分频使用了多个进程产生程序所需要的多个时钟频率。

包括：clk1(扫描时钟 大于480Hz 但不过高)clk2(占空比调节1 clk1周期的整数倍，但不过高) clk3(占空比调节2 同clk2，但占空比不同) clk4(占空比调节3 同clk2，但占空比不同) clk5(按键时钟 约100Hz) clk6(滚动变化计时 约1Hz)状态机变化进程用于管理状态变化，当遇到按键电平信号时根据规则改变对应状态。

显示进程包括主要显示进程和一些辅助进程，辅助进程完成了时钟对应计数器计数，主进程则根据状态变化显示不同显示模式下不同的图案。

2. 总体框图（1） 总体结构框图：（2） 逻辑划分框图Mode（3）MDS图3.各进程介绍⑴分频进程们分频进程含一个从50M（也可能是25M）分出的扫描频率clk1，这个频率要大于60*8=480Hz（因为人眼分辨频率为60Hz左右，要保证每排扫描时达到60Hz 则需480Hz）。

然后以clk1为基准频率，将clk2、clk3、clk4以clk1的8倍数作占空比调整。

具体是，clk2、clk3、clk4均记为clk1的48分频，然后占空比调为32:16，24:24，16:32做8倍数的原因是为了保证至少每扫完一屏才有一次占空比调整，否则在主频率不足情况下可能有些排暗有些排亮（详见问题分析）最后再将周期约为100ms的按键时钟clk5和周期为1s的滚动时钟clk6分出就可以了。

⑵状态机进程没什么可说的，我写的是单进程状态机，防止了多进程状态机可能带来的冒险。

敏感量直接写的是防抖动输出的信号，本以为没必要加同步时序，但事实证明这是有问题的。

（详见代码分析）⑶防抖动进程防抖动我用的是老师给的代码。

先阐述一下原理：按键输入电平做敏感量，将输入赋值给resetmp1。

resetmp1被赋值后，将这段值有时延的赋值给resetmp2，并利用这段时间去判断是否按键仍为1。

则面对下面两种情况下防抖程序可以做出调整A．突然翘起的冒险：此种情况下若r1得到赋值，则r2在下一个时钟沿得到赋值，但由于此时r1电平为低，不能判断成功B. 长时间按下：此种情况下r1得到赋值，在赋值给r2的间歇判断正确，而后r2得到赋值后不再有效，因此输出仅有一个按键时钟高电平ClkIn_signalResetmp1Resetmp2Out_signal但在使用该进程的过程中遇到了问题，具体见问题分析。

(4)显示进程首先说一下点阵显示的原理：如下图所示，列高电平有效，行低电平有效，当对应高电平和低电平时中间的灯就亮了。

而不同颜色则是由不同亮度的红色灯和绿色灯光混合而成。

由于都是整排显示，为了达到整屏显示效果，需要每排进行扫描，当扫描频率较高时人眼无法分辨则可达到整屏显示。

数码管原理类似，这里不再赘述。

接着说一下亮度调节：前面已经说过时钟分频的问题，在显示每排前对占空比时钟进行判断，则有些情况会亮，有些情况会灭，这样就能很好的形成明暗效果。

最后说一下滚动：滚动我是用最笨的方法实现的，即一屏一屏的画出每屏图案。

当时我是觉得可能循环之类的不太好实现，不过有同学使用了循环减少了代码量，我觉得以后很值得借鉴。

三．仿真波形及分析1、防抖动波形的测试这两张张图中，mode为输入，并设置了很多毛刺作为干扰电平，可以从图中看出多个干扰电平出现时仅输出一个周期的高电平。

那为什么仅有毛刺时也会有输出呢？因为毛刺刚好位于clk5的下降沿，这样的话也会造成程序误判一次输出（这也是这个防抖动程序的不足之处）。

而连续多次下降沿毛刺造成的结果却是r1连续两个周期（其实是一个半）的高电平，同步电路就是这样一个特点。

当仅有冒险且冒险未在clk5边沿时，则不会触发电平。

如下图所示关于同步电路问题的下一步讨论（包含同步时钟选用的问题）放在问题分析部分。

2、显示波形测试从图中可以看出当Mode改变后red_out开始有波形出现，这说明模式已经从m0转变为m1_p1改变p后，则有：Clk2为0时则red输出为0，这时就有了亮度的变化。

其它亮度变化以此类推，这里不再赘述。

以上波形显示了最重要的状态变化过程，状态变化后按该状态显示内容显示，只要状态机能正常工作，仿真的任务就基本完成。

四、源代码解析（由于源程序后半部分属于机械重复，因此省略）（这里按50M时钟输入写）Library IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.All;ENTITY sc ISPORT (clk,mode,p,reset:IN STD_LOGIC; --reset用于复位到m0red_out,green_out:OUT std_logic_vector(7 downto 0):= "00000000";row_out:OUT std_logic_vector(7 downto 0):="11111111";num_out:OUT std_logic_vector(7 downto 0):="00000000"; --用于数码管输出num_choose:Out std_logic_vector(5 downto 0):="111110"); --用于选择数码管END sc;architecture a of sc isTYPE state_type IS (m0,m1_p1,m1_p2,m1_p3,m1_p4,m2,m3_p1,m3_p2,m3_p3);signal mode_mp1,mode_mp2,mode_out:STD_logic; --防抖动临时信号（下同）signal p_mp1,p_mp2,p_out:STD_logic;signal clk1,clk2,clk3,clk4,clk5,clk6:STD_logic;signal tmp1:Integer Range 0 To 1000000:=0;signal tmp2:Integer Range 0 To 200000:=0;signal tmp3:Integer Range 0 To 50000000:=0;signal tmp4:Integer Range 0 To 30:=0;signal tmp5:Integer Range 0 To 30:=0;signal count:Integer Range 0 To 8:=0;signal count_2:Integer Range 0 To 4:=0;signal count_3:Integer Range 0 To 32:=0;signal clk_tmp:STD_logic;signal state:state_type;signal red,green:std_logic_vector(7 downto 0):="00000000";signal row:std_logic_vector(7 downto 0):="11111110"; Beginp1_1:Process(clk)Beginif (clk'event AND clk = '1') thenif tmp1=50000 thentmp1 <= 0;elsetmp1 <= tmp1 + 1;end if;if tmp1 < 25000 thenclk1 <= '1';elseclk1 <= '0';end if;end if;end process p1_1;p1_2:Process(clk)Beginif (clk'event AND clk = '1') thenif tmp2 = 500000 thentmp2 <= 0;elsetmp2 <= tmp2 + 1;end if;if tmp2 < 250000 thenclk5 <= '1';clk5 <= '0';end if;end if;end process p1_2;p1_3:Process(clk)Beginif (clk'event AND clk = '1') then if tmp3 = 50000000 thentmp3 <= 0;elsetmp3 <= tmp3 + 1;end if;if tmp3 < 25000000 thenclk6 <= '1';elseclk6 <= '0';end if;end if;end process p1_3;p1_4:Process(clk1)Beginif (clk1'event AND clk1 = '1') then if tmp4 = 31 thentmp4 <= 0;elsetmp4 <= tmp4 + 1;end if;if tmp4 < 24 thenclk2 <= '1';elseclk2 <= '0';end if;if tmp4 < 8 thenclk4 <= '1';elseclk4 <= '0';end if;end process p1_4;p1_5:Process(clk1)Beginif (clk1'event AND clk1 = '1') thenif tmp5 = 15 thentmp5 <= 0;elsetmp5 <= tmp5 + 1;end if;if tmp5 < 8 thenclk3 <= '1';elseclk3 <= '0';end if;end if;end process p1_5;小结：上面几个分频进程分出了程序所需的6个频率p2:Process(clk5)Beginif (clk5'event AND clk5 = '0') thenmode_mp2 <= mode_mp1; --延迟一个周期赋值mode_mp1 <= mode;p_mp2 <= p_mp1;p_mp1 <= p;end if;end Process p2;p2_out:Process(clk1) --这里单独拿出一个进程用于赋值Beginif (clk1'event and clk1 = '1') thenmode_out <= clk5 and mode_mp1 and (not mode_mp2);p_out <= clk5 and p_mp1 and (not p_mp2);end if;end Process p2_out;小结：上述两个进程完成了防抖动功能，和老师给的代码不同的地方在于单独拿出了一个进程用于与操作，原因在于这里的输出值依旧是signal变量，必须在进程内赋值才能在仿真时显示出来。