基于FPGA的外设电路

Abstract基于FPGA的外设电路摘要FPGA器件作为可编程逻辑主流硬件，近年来，应用越来越广泛，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。其外设电路作为芯片与外界输入方式之一，是十分具有研究价值的。FPGA器件不断增加新的模块，功能越来越强大，基于FPGA的外设电路也顺应形势，不断升级。本设计综合行列式键盘、LED显示器、时钟一体，应用VerilogHDL语言实现下述功能：计时功能，包括时分秒的计时；校时功能：对时分秒手动调整以校准时间；键盘功能：应用4*4行列式键盘，可实现0-9数字的直接输入；LED动态扫描显示和闪烁，移位，灭零等功能，突出了其作为硬件描述语言的良好的可读性、可移植性和易理解等优点，并通过AlteraQuartusⅡ8.0完成综合、仿真。本设计实现以上FPGA各功能，可作为EDA技术发展的价值体现。此程序通过下载到FPGA芯片后,可应用于实际的数字钟显示中。关键字：行列式键盘、LED显示器、时钟、VerilogHDL。AbstractABSTRACTFPGAprogrammablelogicdevices,asthemainstreamofhardware,inrecentyears,moreandmoreextensiveapplicationsinmodernscienceandtechnologyplaysavitalroleandstatus.Itsperipheralcircuitchipwiththeoutsideworldasoneofinputisveryvaluableinresearch.FPGAdevicesareconstantlyaddingnewmodules,morepowerful,FPGA-basedresponsetotheperipheralcircuitisalsothesituationescalated.Thedeterminantofthedesignofanintegratedkeyboard,LEDdisplay,integratedclock,applicationVerilogHDLlanguagetoachievethefollowingfunctions:timefunctions,includingthetimewhenminutesandseconds;schoolfunctions:everyminuteoftimetomanuallyadjustthecalibrationtime;keyboardfunctions:applicationof4*4determinantkeyboard,numbers0-9canbedirectlyimported;LEDdynamicscanningdisplayandblinking,shift,suchasanti-zerofunction,highlightsthehardwaredescriptionlanguageasagoodreadability,easytounderstandtheadvantagesofportability,andAlteraQuartusⅡ8.0throughthecompletionofsynthesis,simulation.FPGADesignandImplementationoftheabovevariousfunctions,canbeusedasthevalueofEDAtechnologyembodied.ThisprocessbydownloadingtotheFPGAchipcanbeusedinpracticaldigitalclockdisplay.Keywords:determinantkeyboard,LEDdisplay,clock,VerilogHDL.目录1目录引言...........................................................................................................1第一章系统硬件及设计软件介绍...............................................................21.1开发板介绍............................................................................................................21.2设计软件介绍........................................................................................................3第二章系统方案设计...................................................................................42.1总设计方案............................................................................................................42.2分频器设计方案....................................................................................................42.3行列式键盘设计方案............................................................................................52.4六位7段LED显示设计方案................................................................................62.5顶层模块设计方案................................................................................................7第三章系统程序设计...................................................................................83.1分频器程序设计....................................................................................................83.2行列式键盘程序设计..........................................................................................103.3六位7段LED显示程序设计.................................................错误!未定义书签。3.4顶层模块程序设计.................................................................错误!未定义书签。第四章程序仿真...........................................................错误!未定义书签。4.1分频器程序仿真.....................................................................错误!未定义书签。4.2行列式键盘程序仿真.............................................................错误!未定义书签。4.3六位7段LED显示程序仿真.................................................错误!未定义书签。4.4顶层模块程序仿真.................................................................错误!未定义书签。结论...............................................................................错误!未定义书签。致谢...............................................................................错误!未定义书签。参考文献...........................................................................错误!未定义书签。附录1分频器程序........................................................错误!未定义书签。附录2行列式键盘程序................................................错误!未定义书签。附录3六位7段LED显示程序....................................错误!未定义书签。附录4顶层时钟程序....................................................错误!未定义书签。引言1引言计算机技术和微电子工艺的发展，使得现代数字系统的设计和应用进入了新的阶段。电子设计自动化（EDA）技术在数字系统设计中起的作用越来越重要，新的工具和新的设计方案不断推出，可编程逻辑器件不断增加新的模块，功能越来越强，硬件设计语言也顺应形式，推出新的标准，更加好用，更加便捷。本设计主要以FPGA器件、EDA软件工具、VerilogHDL硬件描述语言三方面内容作为主线，综合行列式键盘，LED显示器件，以及时钟模块于一体，实现三个主要模块的联动，输入部分为4*4行列式键盘，具备0-9十个数字键、修改/确认键、左右移动键，输出数据为6位二进制代码，输出部分为六位7段LED数码管，可实现时分秒显示，时钟灭零显示，修改闪烁以及小数点秒闪烁功能。而顶层文件时钟模块则将输入输出部分联结起来，实现时钟发生，显示缓存，数据修改，移位，灭零等功能。另时钟产生模块采用FPGA硬件内置66MHz分频，产生250Hz，5Hz，1Hz信号供时钟模块，输入输出模块使用。本设计完全采用VerilogHDL语言完成，此程序通过下载到FPGA芯片后,可应用于实际的数字钟显示中。第1章系统硬件及设计软件介绍2第一章系统硬件及设计软件介绍1.1开发板介绍本设计需要的硬件资源主要有：1、六位七段数码管2、4*4行列式键盘经过仔细筛选，最终选定联华众科FPGA开发板FA130。联华众科FPGA开发板FA130核心器件为AlteraCyclone系列的EP1C3，配置芯片为EPCS1，FA130上可以运行SOPCBuilder制作的简单的工程。FA130具有丰富的板载资源，由于板载有51单片机，FA130还可以作为51单片机的学习开发板。FA130实现了3.3V系统与5V系统对接功能，具体是通过74LVXC3245（或简称3245）实现的。FA130随板资料中包括丰富的开发实例和制作开发实例的详细步骤说明，以及QuartusII环境下的设计输入，综合，仿真等内容，另外还包括SOPC建立和开发方面内容，如NiosII的建立和NiosII环境下C/C++程序开发等。FA130的EDA开发实例包括VHDL和Verilog两个版本，FA130的51单片机开发实例包括汇编和C语言两