北邮数字电子电路综合实验-LED点阵风扇的设计与实现

数字电子电路综合实验题目：LED点阵风扇的设计与实现实验报告学号：姓名：班级：专业：通信工程学院：信息与通信工程学院指导老师：2015年11月7日LED点阵风扇的设计与实现一、实验要求基本要求：1.用8×8点阵模拟风扇转动，并用双色点阵显示。

2.风扇转动方式包括四个点阵显示状态，并按顺序循环显示。

风扇转动速度根据环境温度分为4档，其中1档的四个显示状态之间的切换时间为2秒，2档为1秒，3档为0.5秒，4档为静止不动。

3.环境温度通过2个BTN按键设置，一个用来增加，一个用来减少，温度范围可设置范围为10℃～40℃，温度精度为1℃，并用两个数码管进行温度显示，风扇根据不同的温度自动采用不同的转动速度，其中20℃～24℃对应1档，25℃～29℃对应2档，30℃～40℃对应3档，10℃～19℃对应4档，用一个数码管显示档位。

4.定时模式：在风扇不同转动速度下，可以通过按键切换进入定时模式。

定时时间可设置范围为20～59秒，采用2个数码管进行倒计时显示，当倒计时结束后，风扇状态保持静止不动。

5.设置开关键。

风扇开机初始状态为20℃、1档，并有不小于5秒的开机音乐，关机状态为点阵全灭。

提高要求：1.设计LED 风扇的其他工作模式。

2.利用实验板上的温度传感器代替按键直接获取温度数据，实现对LED 风扇四档转速的自动控制。

3.用数码管实时显示温度传感器的温度数据，精度为0.1℃。

4.自拟其他功能。

二、系统设计1.设计思路这次实验采用老师讲过的自顶向下的设计方法来完成设计。

为了实现电风扇的功能，将系统分成多个模块：控制器模块：通过按钮与开关输入开关机、温度、倒计时时间等信息，实现开机音乐、温度调整档位切换功能、倒计时功能等。

蜂鸣器模块：通过蜂鸣器震动，使开机时播放不少于5s的音乐。

分频器模块：分频模块把晶振（1000Hz）分成了500Hz,1000Hz,2000Hz传给控制器，供电风扇以不同档位工作。

LED点阵模块：双色点阵部分按时钟周期对红灯、绿灯分别进行行扫描，以显示风扇的四个工作状态，并在四个状态间循环切换。

倒计时模式切换模块：用SW按钮控制温度与倒计时工作模式的切换。

数码管显示模块：通过6个共阴极数码管按时钟周期持续扫描，一位显示0，第二、三位显示时间，第四位显示档位，第五、六位显示温度。

防抖模块：防止由于BTN按钮本身原因1次输入产生多个信号。

2.设计框图三、波形图1.蜂鸣器通过开机键控制开关，开机后蜂鸣器响5s 。

2.数码管控制器点阵显示数码管显示分频器通过一定频率不断扫描，6个数码管均可以良好显示数字，第一位显示0，第二、三位显示时间，第四位显示档位，第五、六位显示温度。

3.分频器4.点阵显示四、源程序1.防抖文件library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity fangdou ISport(clk:in std_logic;reset:in std_logic;resetn: out std_logic);END fangdou;architecture behave of fangdou is signal clk_tmp : std_logic;signal cnt : integer range 0 to 199999; signal tmp1,tmp2: std_logic;beginprocess(clk)beginif (clk'event and clk='1') thenif cnt=199999 thencnt<=0;clk_tmp<= not clk_tmp;elsecnt<=cnt+1;end if;end if;end process;process(clk_tmp)beginif (clk_tmp'event and clk_tmp='0') thentmp2<=tmp1;tmp1<=key_in;end if;end process;key_out<=clk_tmp and tmp1 and (not tmp2);end behave;2.电风扇use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity dianfengshan isport (clk: in std_logic;--时钟输入clear: in std_logic;--电风扇开关colr,colg,row:buffer std_logic_vector(7 downto 0); --LED点阵显示shu:out std_logic_vector(7 downto 0);--数码管cat:out std_logic_vector(5 downto 0);--数码管行扫描b1,b2: in std_logic;--温度增减b3,b4: in std_logic;--时间增减ton: in std_logic;--时间模式开/关feng: out std_logic--蜂鸣器);end dianfengshan;architecture behave of dianfengshan issignal clk1,clk2,clk3,clk4:std_logic ;--分频后的时钟信号表示倒计时结束signal tup:std_logic:='0';--tup为‘1’signal kind,dang:integer range 0 to 3;--kind为风扇的四个状态，dang 为模式signal cnt:integer range 0 to 7;--数码管管位显示signal temp:integer range 10 to 40:=20;--温度signal a1,a2,a3,a4,a5:std_logic;--对应b1,b2,b3,b4,ton防抖后的输出signal clock: std_logic;--电风扇转动的时钟signal t:integer range 0 to 59:=20;--时间signal op:std_logic;--open，时间模式开关signal beep: std_logic;--蜂鸣器信号component fangdou is--引用防抖模块port(clk: in std_logic;reset: in std_logic;resetn:out std_logic);end component;beginuo_1:fangdou port map(clk,b1,a1) ;uo_2:fangdou port map(clk,b2,a2);uo_3:fangdou port map(clk,b3,a3);uo_4:fangdou port map(clk,b4,a4);uo_5:fangdou port map(clk,ton,a5);p1:process(clk,clear)--分频器variable tmp1:integer range 0 to 999;variable tmp2:integer range 0 to 749;variable tmp3:integer range 0 to 499;variable tmp4:integer range 0 to 499;beginif clear = '0' thentmp1:=0;tmp2:=0;tmp3:=0;tmp4:=0;elseif clk'event and clk = '1' thenif tmp1=999 thentmp1:=0;clk1<= not clk1;else tmp1:=tmp1+1;end if; --对clk进行2000分频if tmp2=749 thentmp2:=0;clk2<=not clk2;else tmp2:=tmp2+1;end if; --对clk进行1500分频if tmp3=499 thentmp3:=0;clk3<=not clk3;else tmp3:=tmp3+1;end if; --对clk进行1000分频if tmp4=499 thentmp4:=0;clk4<=not clk4;else tmp4:=tmp4+1;end if;end if;p2: process(clk)--控制LED点阵的行扫描beginif clear = '1' then--电风扇开关开着的时候if clk'event and clk = '0' thenif cnt = 7 then cnt<=0;else cnt<= cnt+1;end if;end if;case cnt iswhen 0=>row<="01111111";--行扫描when 1=>row<="10111111";when 2=>row<="11011111";when 3=>row<="11101111";when 4=>row<="11110111";when 5=>row<="11111011";when 6=>row<="11111101";when 7=>row<="11111110";end case;else row<="11111111";end if;p3:process(clk)--led显示beginif clear = '1' thenif kind = 0 then --电风扇工作第一种状态case row iswhen "01111111"=>colr<="10000000";colg<="00000001"; when "10111111"=>colr<="01000000";colg<="00000010"; when "11011111"=>colr<="00100000";colg<="00000100"; when "11101111"=>colr<="00010000";colg<="00001000"; when "11110111"=>colr<="00001000";colg<="00010000"; when "11111011"=>colr<="00000100";colg<="00100000"; when "11111101"=>colr<="00000010";colg<="01000000"; when others =>colr<="00000001";colg<="10000000";end case;elsif kind = 1 then--电风扇工作第二种状态case row iswhen "01111111"=>colr<="00010000";colg<="00000000"; when "10111111"=>colr<="00010000";colg<="00000000"; when "11011111"=>colr<="00010000";colg<="00000000"; when "11101111"=>colr<="00010000";colg<="00001111";when "11111011"=>colr<="00001000";colg<="00000000"; when "11111101"=>colr<="00001000";colg<="00000000"; when others =>colr<="00001000";colg<="00000000";end case;elsif kind =2 then--电风扇工作第三种状态case row iswhen "01111111"=>colg<="10000000";colr<="00000001"; when "10111111"=>colg<="01000000";colr<="00000010"; when "11011111"=>colg<="00100000";colr<="00000100"; when "11101111"=>colg<="00010000";colr<="00001000"; when "11110111"=>colg<="00001000";colr<="00010000"; when "11111011"=>colg<="00000100";colr<="00100000"; when "11111101"=>colg<="00000010";colr<="01000000"; when others =>colg<="00000001";colr<="10000000";end case;else--电风扇工作第四种状态case row iswhen "01111111"=>colr<="00000000";colg<="00010000"; when "10111111"=>colr<="00000000";colg<="00010000"; when "11011111"=>colr<="00000000";colg<="00010000"; when "11101111"=>colr<="00001111";colg<="00010000";when "11111011"=>colr<="00000000";colg<="00001000";when "11111101"=>colr<="00000000";colg<="00001000";when others =>colr<="00000000";colg<="00001000";end case;end if;end if;end process;p4:process(a1,a2,a3,a4,a5,clk)--温度控制模块beginif clear = '1' thenif clk'event and clk= '0'thenif a1='1' then--b1按键控制温度增加if temp<40 thentemp<=temp+1;end if;elsif a2 = '1' then--b2按键控制温度减少if temp>10 thenend if;end if;if tup<='0' then--倒计时没结束时if temp>9 and temp<20 then--第4档dang<=3;clock<='0';elsif temp>19 and temp<25 then--第1档dang<=0;clock<=clk1;elsif temp>24 and temp<30 then--第2档dang<=1;clock<=clk2;elsif temp>29 and temp<41 then--第3档，dang<=2;clock<=clk3;else temp<=temp;end if;elsif tup<='1' thenclock<='0';--clock置0，风扇静止end if;end if;else temp<=20;clock<=clk1;dang <= 0;end if;end process;p5:process(clock)--风扇四种状态的切换beginif clear = '1' thenif clock'event and clock='1' thenif kind = 3 then--kind在0到3之间循环切换kind<=0;elsekind <= kind +1;end if;end if;end if;end process;p6:process(temp,t)--数码管显示variable c1,c2,c3,c4,c5,shu1:integer range 0 to 9;variable tmp:integer range 0 to 5;beginif clear = '1' thenc1:=temp rem 10;--c1显示温度的个位数c2:=temp/10;--c2显示温度的十位数c3:=dang+1;--c3显示档位，即dang+1c4:=t rem 10;--c4显示时间的个位数c5:=t/10;--c5显示时间的十位数if clk'event and clk = '1' then--数码管扫描if tmp = 5 thentmp := 0;else tmp:=tmp+1;end if;end if;case tmp iswhen 0=>cat<="111110";shu1:=c1;when 1=>cat<="111101";shu1:=c2;when 2=>cat<="111011";shu1:=c3;when 3=>cat<="110111";shu1:=c4;when 4=>cat<="101111";shu1:=c5;when 5=>cat<="011111";shu1:=0;end case;case shu1 is--数码管对10个数的显示when 0=>shu<="11111100";when 1=>shu<="01100000";when 2=>shu<="11011010";when 3=>shu<="11110010";when 4=>shu<="01100110";when 5=>shu<="10110110";when 6=>shu<="10111110";when 7=>shu<="11100000";when 8=>shu<="11111110";when 9=>shu<="11110110";end case;else cat<="111111";end if;end process;p7:process(a3,a4,clk4,op)--时间控制模块variable tmp:integer range 0 to 999;beginif clear = '1' thenif clk'event and clk ='0' thenif op = '0' thenif a3='1' then--b3按键增加时间if t<59 thent<=t+1;end if;elsif a4='1' then --b4按键减少时间if t>20 thent<=t-1;end if;end if;elsif op = '1' thenif tmp = 999 then tmp:=0;if t>0 thent<= t-1;elsif t=0 thent<=0;tup<='1'; --t=0，倒计时结束end if ;else tmp:=tmp + 1;end if;end if;end if;else t<= 20; --总开关关闭后，对时间进行重置end if;end process;p8:process(a5)--b5按键按下之后更改倒计时模式beginif clear = '1' thenif a5'event and a5='1' thenop<=not op; end if;else op <='0';end if;end process;p9:process(clk,clk4)--蜂鸣器模块，开机音乐variable f: integer range 0 to 999;variable a: integer range 0 to 5; --开机音乐5秒钟variable b:integer range 0 to 2;variable c:integer range 0 to 3;variable d: integer range 0 to 4;variable e: integer range 0 to 1;beginif clear ='1'thenif clk'event and clk = '1' thenif f = 999 then f:=0;if a = 5 then a:=5;else a:=a+1;end if;else f:=f+1;end if;if b = 2 then b:=0;else b:=b+1;end if;if c = 3 then c:=0;else c:=c+1;end if;if d = 4 then d:=0;else d:=d+1;end if;if e = 1 then e:=0;else e:=e+1;end if;if a = 5 then beep<= '0'; --5秒后，音乐停止elsif a = 4 then beep <= not beep;elsif a = 3 then if b = 2 then beep <=not beep;end if;elsif a = 2 then if c=3 then beep <= not beep;end if;elsif a=1 then if d = 4 then beep <= not beep;end if;else if e = 1 then beep <= not beep; end if; --使每秒蜂鸣器的发出不同频率的声音end if;end if;else a:=0;end if;end process;feng<=beep;cclk1<=clk1;cclk2<=clk2;cclk3<=clk3;end behave五、功能说明及资源利用情况功能说明：开机后有5s音乐，后音乐停止，开机时点阵显示初始状态，默认初始温度为20℃，通过btn按键调节温度，加减温度后档位自动随之变化，风扇转速也随之变化，当使用SW开倒计时模式时，调节btn按键调整倒计时时间，计时结束后风扇停止转动。