課程設計--8位計數器eda課程設計報告

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文檔簡介

1、　　課程設計說明書　　題目 8個LED循環(huán)顯示、計數器的設計 　　起止日期 2009.12.18-2010.1.4 　　電子設計自動化設計任務書　　系（部）：電子與通信工程系專業(yè)：電氣工程及其自動化

2、指導教師：　　目錄　　課程設計目的 ……………………………………………………………… 5　　課程設計題目……………………………………………………………… 5　　設計內容…………………………………………………………

3、………… 5　　3.1 設計思路 ……………………………………………………………… 5　　3.2 設計步驟 ……………………………………………………………… 5　　4、程序中各引腳的分配 ……………………………………………………… 12　　5、程序結

4、構框圖………………………………………………………………… 13　　6、完整程序 …………………………………………………………………… 14　　7、課程設計總結……………………………………………………………… 21　　參考文獻……………………………………………………………………… 22<

5、/p>　　課程設計目的　　系統(tǒng)提供一個50MHZ的時鐘，要求用VHDL語言設計一個8位計數器，同時有一個8位led循環(huán)顯示燈，當燈亮一次，數碼管上就記一次數。通過做此計數器，知道分頻的概念，并且知道如何分頻，同時知道什么是數碼管的動態(tài)顯示，怎么做出數碼管的動態(tài)顯示。　　課

6、程設計題目　　8個LED循環(huán)顯示、計數器的設計。　　設計內容　　設計思路：　　由于要設計一個8個led燈循環(huán)顯示的計數器。則重要的設計部分在于讓led燈循環(huán)顯示，同時在顯示的同

7、時數碼管的數加1;要讓led燈亮的同時，數碼管上面的數字加1，則需要在同一個脈沖下完成計數器加一，led等循環(huán)亮一位。　　由于系統(tǒng)給定的時鐘是50Mhz，顯然數碼管和led燈不能正常工作，這就涉及到要將50mhz頻率分頻，將頻率變小，使計數器和led燈能正常工作；　　Led燈設計思路:led燈要實現循環(huán)顯示，即第一個燈亮之后，在出現一個上升沿脈沖后，第二

8、個燈亮，第一個燈滅，來一個脈沖移動一個，并實現循環(huán)，為了實現循環(huán)，設計思路是講來一次脈沖將最高位補到最低位，次最高位變成最高位。　　數碼管的設計思路：由于數碼管要求是動態(tài)顯示，顯然還要分出一個置位工作掃描頻率，由于人的視覺暫留，頻率應該大于24hz，為了數碼管顯示效果，我分出了1000hz的頻率來掃描8位數碼管的工作。　　分頻的設計思路：分頻是為了將50

9、mhz的頻率減小，即在50mhz（clk）出現n個上升沿之前另一個clk1不翻轉，而在n個上升沿時翻轉，在2n之前一直保持翻轉后的狀態(tài)，到2n時，計數器清零，同時再實現翻轉，這樣就能做出任意較小的頻率實現設計。　　2、設計步驟：　　首先設計分頻計數器，由于要有一個數碼管置位工作掃描頻率，還要有一個實現計數個和led燈

10、循環(huán)顯示的頻率，即分頻要分出兩個不同的頻率：　　分頻程序入下：　　process(clk)　　variable cout:integer:=0;　　begin <p&

11、gt;　　IF clk'event and clk='1' then　　cout:=cout+1;　　if cout<=25000 then clk1<='0';　　elsif cout<50000 then clk1<='1';&l

12、t;/p>　　else cout:=0;　　end if; 　　end if; 　　end process; 　　process(clk)&l

13、t;p>　　variable cout:integer:=0;　　BEGIN　　IF clk'event and clk='1' then　　cout:=cout+1;　　IF cout<=1250

14、000 then clk2<='0';　　elsif cout<25000000 then clk2<='1';　　else cout:=0;　　end if; 　　在進程中，clk

15、為原始頻率50mhz，以上兩個進程是為了分出2hz頻率和1000hz頻率，其中count是進程中的一個變量，用來出現上升沿脈沖計數。其中clk1是分出來的1000hz；頻率，clk2是分出來的2hz的led燈移動和數碼管計數的頻率；　　在頻率分出來后，就可以設計led燈的循環(huán)顯示了，led燈循環(huán)顯示的程序如下：　　process(rst,start,cl

16、k2)　　variable reg8:std_logic_vector(7 downto 0);　　variable fg:integer:=1;　　begin　　if rst='1' then

17、　　reg8:=(others=>'1');　　fg:=1;　　elsif clk2'event and clk2='1' then　　if start='1' then

18、　　if fg=1 then reg8:="11111110";　　fg:=0;　　else reg8:=reg8(6 downto 0)&reg8(7);　　end if;

19、;　　end if;　　end if;　　din8<=reg8;　　end process;　　程序中，rst是復位信號，功能是在在出現rst=1是，將led回到最初始

20、狀態(tài)，從程序中看是燈全滅掉，當rst=0是，回復循環(huán)顯示；start是一個開始信號，只有start=1是，計數才開始工作；din8是一個八位的二進制數，在硬件上直接和8個led燈連接；fg是設計的一個標志位，目的是為了在開始來第一個脈沖時，使第一個led燈變亮，并將fg賦值為零，來第二個脈沖時，就開始循環(huán)；　　當rst=0并且start=1時，Led的波形圖如下：<

21、p>　　從圖中看出，在rst為0，start為1時，則led燈的顯示就會出現出現循環(huán)顯示，din由11111110到01111111，之后又回到11111110開始循環(huán)；　　在rst=1是，將會復位，即din=“11111111”，波形如下：　　從圖中明顯能看出，在rst為1時，本該進行循環(huán)的程序在rst=1時，將使din全部置一了，即實現你rst

22、的功能。　　在做start的功能時，start的功能是，在rst=0，start=1時，將會做led燈的循環(huán)，在rst=0，start=1時，將使其暫停循環(huán)功能，并保持當前狀態(tài)不變，波形圖如下：　　如圖所示，在start=0時，din就停留在11110111，此二進制數正好十進制是239，一直保持此狀態(tài)，在start=1是，則開始循環(huán)的工作。</p

23、>　　做完以上程序的設計，即要實現數碼管的動態(tài)顯示,首先要做的就是數碼管的動態(tài)顯示，即要不間斷的掃面8個數碼管的工作位，掃描置位程序如下：　　process(clk1)　　begin　　if clk1'event and clk1='

24、;1' then　　if wei=7 then wei<="000";　　else wei<=wei+1;　　end if;　　end if;</p&

25、gt;　　end process;　　process(wei)　　begin　　case wei is　　when "000" => selout<="00000001&

26、quot;;　　when "001" => selout<="00000010";　　when "010" => selout<="00000100";　　when "011" =>

27、selout<="00001000";　　when "100" => selout<="00010000";　　when "101" => selout<="00100000";　　w

28、hen "110" => selout<="01000000";　　when "111" => selout<="10000000";　　when others=>null;　　end

29、case;　　end process;　　clk1是分出來的1khz頻率，wei是設置的一個三位二進制數，從000-111，每一個狀態(tài)都是置一個數碼管工作，selout是一個7位二進制數，是個硬件上數碼管的工作位一一對應。　　在做好置位后，余下的就是數碼管顯示計數的問題了，數碼管顯示的是一個8

30、位十進制的數，功能能實現進位，數碼管計數的程序如下：　　process(rst,start,clk2)　　variable ao0:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao1:std_logic_vector(3 downto 0);<p&

31、gt;　　variable ao2:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao3:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao4:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao5:std_log

32、ic_vector(3 downto 0);　　variable ao6:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao7:std_logic_vector(3 downto 0);　　begin

33、　　if rst='1' then 　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others

34、=>'0');　　ao4:=(others=>'0');　　ao5:=(others=>'0');　　ao6:=(others=>'0'); 　　ao7:=(others=>&#

35、39;0');　　elsif clk2'event and clk2='1' then　　if start='1' then　　if ao0<=9 then　　ao0:=ao0+1;<p&

36、gt;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 and ao5=9 and ao6=9 and ao7=9 then　　ao0:=(others=>'0');

37、　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>'0');　　ao4:=(others=>'0');</p&g

38、t;　　ao5:=(others=>'0');　　ao6:=(others=>'0');　　ao7:=(others=>'0'); 　　else null;　　end

39、 if; 　　if ao0>9 then 　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 and ao5=9 and ao6=9 then　　ao7:=ao7+1;　　ao0:=(others=>

40、'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>'0');　　ao4:=(others=>'0&#

41、39;);　　ao5:=(others=>'0');　　ao6:=(others=>'0');　　else null;　　end if;<b&

42、gt;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 and ao5=9 then 　　ao6:=ao6+1;　　ao0:=(others=>'0&

43、#39;);　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>'0');　　ao4:=(others=>'0');&l

44、t;/p>　　ao5:=(others=>'0');　　else null;　　end if;　　end if;　　if ao0>9 the

45、n　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 then　　ao5:=ao5+1;　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');

46、　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>'0');　　ao4:=(others=>'0');　　else null;　　end if;&

47、lt;/b>　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 then　　ao4:=ao4+1; 　　ao0:=(

48、others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>'0');　　else null;<

49、/p>　　end if;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 then　　ao3:=ao3+1;</p

50、>　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　else null;　　en

51、d if;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 then　　ao2:=ao2+1;　　ao0:=(others=>'0&

52、#39;);　　ao1:=(others=>'0');　　else ao1:=ao1+1;　　ao0:=(others=>'0');　　end if; 　　end if; &

53、lt;/p>　　end if;　　end if;　　end if;　　co0<=ao0;

54、;　　co1<=ao1;　　co2<=ao2;　　co3<=ao3;　　co4<=ao4;<

55、;b>　　co5<=ao5;　　co6<=ao6;　　co7<=ao7;　　end process;　　程序中co0-co7是對應數碼管上從低位到高位的

56、十進制數，ao0-ao7是程序中定義的中間變量；程序中的rst是復位信號，start是開始信號，在此的rst和start和led循環(huán)顯示中的rst和start是同一信號，這樣才能讓led燈和數碼管同步工作；　　計數器的波形顯示如下：　　由上圖看出，在start=1 并且rst=0時，在出現上升沿時，co0加1，當co0到9時，在下一個上升沿將產生進位，使

57、co1變成1，co0變成0。　　在rst=1時，將產生復位，致使co0-co7全部置0，由波形可得：　　顯然，當產生復位信號時，全部置零了，說明程序的設計能達到預先設計的效果。　　在rst=0，start=0時，根據設計，應該是數碼管的數應該保持現有的狀態(tài)不變，并且在start=1后，應該能繼續(xù)計數，實際波形如下

58、：　　由圖可以得出，在rst=0 并且start=0是，co1=5，co0=3，之后，在start=1時，繼續(xù)開始了計數，說明實現設計的能滿足設計要求。　　最后一部分就是做出數碼管顯示十進制數，由于每個數碼管的顯示都基本一樣，就只有選擇數碼管的條件不同，在此只寫出一個數碼管的顯示程序：　　process(wei,

59、co0,co1,co2,co3,co4,co5,co6,co7)　　begin　　if wei="000" then　　case co0 is　　when "0000" => led7s1

60、<="1000000";　　when "0001" => led7s1<="1111001";　　when "0010" => led7s1<="0100100";　　when &qu

61、ot;0011" => led7s1<="0110000";　　when "0100" => led7s1<="0011001";　　when "0101" => led7s1<="0010010";</

62、p>　　when "0110" => led7s1<="0000010";　　when "0111" => led7s1<="1111000";　　when "1000" => led7s1<

63、="0000000";　　when "1001" => led7s1<="0010000";　　when others=> null;　　end case;

64、　　end if;　　end process；　　在wei=“000”時，將執(zhí)行由co0的狀態(tài)來顯示個位上的數，co0-co9對應顯示十進制數上的0-9；led7s1是一個七位二進制數，從低位到高位分別對應數碼管的a，b，c，d，e，f，g管腳；十位，千位，萬位等等的顯示皆如此。<p&g

65、t;　　四、程序中各引腳的分配如下：　　五、程序結構框圖：　　完整的程序如下：library ieee; 　　use ieee.std_logic_1164.all; 　　use ieee.std_logic_unsigned.all

66、;　　entity jishu is　　port(clk,rst,start:in std_logic;　　din8:out std_logic_vector(7 downto 0);　　selout:out std_logic_vector(7 downto 0);&l

67、t;/p>　　led7s1:out std_logic_vector(6 downto 0));　　end;　　architecture one of jishu is　　signal clk1,clk2:std_logic;

68、　　signal wei:std_logic_vector(2 downto 0);　　signal co0:std_logic_vector(3 downto 0);　　signal co1:std_logic_vector(3 downto 0);　　signal co2:std_logi

69、c_vector(3 downto 0);　　signal co3:std_logic_vector(3 downto 0);　　signal co4:std_logic_vector(3 downto 0);　　signal co5:std_logic_vector(3 downto 0);

70、　　signal co6:std_logic_vector(3 downto 0);　　signal co7:std_logic_vector(3 downto 0);　　begin　　process(clk)

71、　variable cout:integer:=0;　　begin 　　IF clk'event and clk='1' then　　cout:=cout+1;　　if cout<=25000 then

72、clk1<='0';　　elsif cout<50000 then clk1<='1';　　else cout:=0;　　end if; 　　end if; <

73、;/b>　　end process; 　　process(clk)　　variable cout:integer:=0;　　BEGIN　　IF clk'event and clk

74、='1' then　　cout:=cout+1;　　IF cout<=1250000 then clk2<='0';　　elsif cout<25000000 then clk2<='1';　　els

75、e cout:=0;　　end if; 　　end if; 　　end process;　　process(rst,start,clk2)　　varia

76、ble reg8:std_logic_vector(7 downto 0);　　variable fg:integer:=1;　　begin　　if rst='1' then　　reg8:=(others=>&#

77、39;1');　　fg:=1;　　elsif clk2'event and clk2='1' then　　if start='1' then　　if fg=1 then reg8:=&

78、quot;11111110";　　fg:=fg-1;　　else reg8:=reg8(6 downto 0)&reg8(7);　　end if;　　end i

79、f;　　end if;　　din8<=reg8;　　end process;　　process(clk1)　　begin<

80、/p>　　if clk1'event and clk1='1' then　　if wei=7 then wei<="000";　　else wei<=wei+1;　　end if;</p

81、>　　end if;　　end process;　　process(wei)　　begin　　case wei is　　whe

82、n "000" => selout<="00000001";　　when "001" => selout<="00000010";　　when "010" => selout<="00000100";

83、　　when "011" => selout<="00001000";　　when "100" => selout<="00010000";　　when "101" => selout

84、<="00100000";　　when "110" => selout<="01000000";　　when "111" => selout<="10000000";　　when ot

85、hers=>null;　　end case;　　end process;　　process(rst,start,clk2)　　variable ao0:std_logic_vector(3 downto 0);

86、;　　variable ao1:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao2:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao3:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao

87、4:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao5:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao6:std_logic_vector(3 downto 0);　　variable ao7:std_logic_vector(3 down

88、to 0);　　begin　　if rst='1' then 　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');&l

89、t;p>　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>'0');　　ao4:=(others=>'0');　　ao5:=(others=>'0');

90、　ao6:=(others=>'0'); 　　ao7:=(others=>'0');　　elsif clk2'event and clk2='1' then　　if start='1' then<p&

91、gt;　　if ao0<=9 then　　ao0:=ao0+1;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 and ao5=9 and

92、 ao6=9 and ao7=9 then　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>

93、'0');　　ao4:=(others=>'0');　　ao5:=(others=>'0');　　ao6:=(others=>'0');　　ao7:=(others=>'0&#

94、39;); 　　else null;　　end if; 　　if ao0>9 then 　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 and ao5=9 and ao6=9 then

95、　　ao7:=ao7+1;　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:

96、=(others=>'0');　　ao4:=(others=>'0');　　ao5:=(others=>'0');　　ao6:=(others=>'0');　　else null;&l

97、t;/p>　　end if;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 and ao5=9 then </p&

98、gt;　　ao6:=ao6+1;　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(other

99、s=>'0');　　ao4:=(others=>'0');　　ao5:=(others=>'0');　　else null;　　end if;&

100、lt;p>　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 and ao3=9 and ao4=9 then　　ao5:=ao5+1;　　ao0:=(others=>'

101、;0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');　　ao3:=(others=>'0');　　ao4:=(others=>'0')

102、;　　else null;　　end if;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 and ao2=9 and ao

103、3=9 then　　ao4:=ao4+1; 　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0');<

104、p>　　ao3:=(others=>'0');　　else null;　　end if;　　end if;　　if ao0>9 then&

105、lt;p>　　if ao1=9 and ao2=9 then　　ao3:=ao3+1;　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　ao2:=(others=>'0

106、');　　else null;　　end if;　　end if;　　if ao0>9 then　　if ao1=9 then</p&

107、gt;　　ao2:=ao2+1;　　ao0:=(others=>'0');　　ao1:=(others=>'0');　　else ao1:=ao1+1;　　ao0:=(others=>'0&#

108、39;);　　end if; 　　end if; 　　end if;　　end if;　　end if;

109、　　co0<=ao0;　　co1<=ao1;　　co2<=ao2;　　co3<=ao3;<

110、/p>　　co4<=ao4;　　co5<=ao5;　　co6<=ao6;　　co7<=ao7;</p&g

111、t;　　end process;　　process(wei,co0,co1,co2,co3,co4,co5,co6,co7)　　begin　　if wei="000" then　　case c

112、o0 is　　when "0000" => led7s1<="1000000";　　when "0001" => led7s1<="1111001";　　when "0010" =>

113、led7s1<="0100100";　　when "0011" => led7s1<="0110000";　　when "0100" => led7s1<="0011001";　　wh

114、en "0101" => led7s1<="0010010";　　when "0110" => led7s1<="0000010";　　when "0111" => led7s1<="1111000"

115、;　　when "1000" => led7s1<="0000000";　　when "1001" => led7s1<="0010000";　　when others=> null;

116、　　end case;　　end if;　　if wei="001" then　　case co1 is　　when "0000" =

117、> led7s1<="1000000";　　when "0001" => led7s1<="1111001";　　when "0010" => led7s1<="0100100";

118、;　　when "0011" => led7s1<="0110000";　　when "0100" => led7s1<="0011001";　　when "0101" => led7s1<="0010010&

119、quot;;　　when "0110" => led7s1<="0000010";　　when "0111" => led7s1<="1111000";　　when "1000" =>

120、 led7s1<="0000000";　　when "1001" => led7s1<="0010000";　　when others=> null;　　end case;

121、　　end if;　　if wei="010" then　　case co2 is　　when "0000" => led7s1<="1000000";<

122、;p>　　when "0001" => led7s1<="1111001";　　when "0010" => led7s1<="0100100";　　when "0011" => led7s1<="011

123、0000";　　when "0100" => led7s1<="0011001";　　when "0101" => led7s1<="0010010";　　when "0110"

124、=> led7s1<="0000010";　　when "0111" => led7s1<="1111000";　　when "1000" => led7s1<="0000000";<p&g

125、t;　　when "1001" => led7s1<="0010000";　　when others=> null;　　end case;　　end if;

126、　　if wei="011" then　　case co3 is　　when "0000" => led7s1<="1000000";　　when "0001" => led7s1<=&quo

127、t;1111001";　　when "0010" => led7s1<="0100100";　　when "0011" => led7s1<="0110000";　　when "0100&q

128、uot; => led7s1<="0011001";　　when "0101" => led7s1<="0010010";　　when "0110" => led7s1<="0000010";&l

129、t;p>　　when "0111" => led7s1<="1111000";　　when "1000" => led7s1<="0000000";　　when "1001" => led7s1<="00

130、10000";　　when others=> null;　　end case;　　end if;　　if wei="100" then&

131、lt;p>　　case co4 is　　when "0000" => led7s1<="1000000";　　when "0001" => led7s1<="1111001";　　when "0

132、010" => led7s1<="0100100";　　when "0011" => led7s1<="0110000";　　when "0100" => led7s1<="0011001";

133、;　　when "0101" => led7s1<="0010010";　　when "0110" => led7s1<="0000010";　　when "0111" => led7s1<=&qu

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150、　　end;　　六、課程設計總結　　通過本次EDA課程設計，讓我更進一步的熟悉了VHDL語言，了解了其中的語法，同時，在做8個led燈循環(huán)顯示和數碼管的計數顯示的過程中，遇到了很多的困難，但從這些困哪中，我也受益匪淺，有困難才會提高，這樣自己才能學到更多的東西

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