FPGA实现计算器设计详解

本文主要介绍了如何使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计一个计算器，涵盖了设计背景、设计原理、设计架构以及部分设计代码。通过这个项目，学习者可以深入理解FPGA的工作原理，并将所学知识应用于实际操作。 在设计背景中，计算器是一个常见的实践项目，它能帮助学习者将各个模块知识紧密联系起来，从而提升技能。通过FPGA设计计算器，可以锻炼数字逻辑、硬件描述语言（如VHDL或Verilog）以及数字系统设计的能力。 设计原理基于矩阵键盘，用于捕获用户输入的数字和运算符。按键的数值对应不同的操作，例如数字键用于输入数值，而10-13键代表加、减、乘、除运算符。等于号（键值15）用于执行计算并显示结果。数码管则用于实时显示输入的数值和计算结果。在按下运算符键后，数码管清零，等待输入第二个操作数，按下等于号后，结果显示并再次清零。 设计架构包括两个主要模块：顶层模块（calc）和矩阵键盘模块（key_borad）。顶层模块负责连接时钟、复位信号、行信号、列信号、数码管位选信号和段选信号。它还实例化了数码管显示模块（seg_dut）和矩阵键盘模块。矩阵键盘模块处理按键输入，生成数据信号，而数码管模块则根据这些数据驱动数码管显示。 在给出的代码片段中，可以看到顶层模块（calc）定义了时钟、复位、行信号、列信号、数码管位选和段选信号。然后，它实例化了两个子模块：key_borad_dut（矩阵键盘）和seg_dut（数码管显示），分别将时钟、复位、行信号、列信号和数据信号传递给这两个模块。矩阵键盘模块内部可能包含了状态机，用于解析按键输入，并生成相应的数据输出。数码管显示模块则根据接收到的数据驱动数码管进行显示。 通过这个FPGA计算器设计项目，学习者不仅可以熟悉FPGA开发流程，还能掌握硬件描述语言编程、数字逻辑设计以及人机交互界面的设计方法。这是一个综合性的实践项目，对于理解和应用数字系统设计原理具有重要意义。