8位十進(jìn)制數(shù)碼動(dòng)態(tài)掃描電路設(shè)計(jì)報(bào)告資料

1、 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱 電子技術(shù)基礎(chǔ)I 任課教師 設(shè)計(jì)題目 8位十進(jìn)制數(shù)動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路 班級(jí) 8位十進(jìn)制數(shù)數(shù)碼動(dòng)態(tài)掃描電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介:所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示，就是讓各位LED按照一定的順序輪流地發(fā)光顯示。只要每秒掃描次數(shù)大于24次以上，就觀察不到閃爍現(xiàn)象，人眼看起來(lái)很穩(wěn)定。靜態(tài)掃描顯示與動(dòng)態(tài)顯示相比，有顯著降低LED功耗，大大減少LED的外部引線等優(yōu)點(diǎn)。目前動(dòng)態(tài)掃描顯示技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于新型數(shù)字儀表、智能儀器和智能顯示屏中。 本次課程實(shí)踐中運(yùn)用QuartusII軟件，采用VHDL文本設(shè)計(jì)和原理圖相結(jié)合的層次化方式實(shí)現(xiàn)數(shù)碼8位動(dòng)態(tài)掃描顯示電路設(shè)計(jì)。首先，分別用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)8位數(shù)碼掃描顯示電

2、路程序和分頻器程序，作為底層文件；頂層文件用原理圖的設(shè)計(jì)方法，調(diào)用底層文件生成的符號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。用VHDL設(shè)計(jì)一個(gè)8位數(shù)碼掃描顯示電路，利用QuartusII9.0進(jìn)行編輯輸入、編譯及時(shí)序仿真。其中，由于分頻器的分頻系數(shù)過(guò)大時(shí)，在仿真波形上很難看出波形的變化，如本設(shè)計(jì)是從100MHz分頻到1KHz，分頻系數(shù)為一萬(wàn)，所以可以通過(guò)改變減小分頻系數(shù)，如改為10分頻，就得到變化的波形，來(lái)驗(yàn)證數(shù)碼動(dòng)態(tài)掃描顯示電路設(shè)計(jì)的正誤。一、工作原理1、8位動(dòng)態(tài)掃描顯示的工作原理：輸入信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào)CLK。輸出控制信號(hào)：段控制信號(hào)SG6.0;位控制控制信號(hào)BT7.0。8位數(shù)碼管，其中每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)段h、

3、g、f、e、d、c、b、a(h是小數(shù)點(diǎn))都分別連接在一起，8個(gè)數(shù)碼管分別由8個(gè)選通信號(hào)k1k8來(lái)選擇。被選通的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，其余關(guān)閉。如在某一時(shí)刻，k3為高電平，其余選通信號(hào)為低電平，這時(shí)僅為k3對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示來(lái)自段信號(hào)端的數(shù)據(jù)，而其他7個(gè)數(shù)碼管呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)這種電路狀況，如果希望在8個(gè)數(shù)碼管顯示希望的數(shù)據(jù)，就必須使得8個(gè)選通信號(hào)k1k8分別被選通，與此同時(shí)，在段信號(hào)輸入口加上希望在該對(duì)應(yīng)數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)，于是隨著選通信號(hào)的掃變，就能實(shí)現(xiàn)掃描顯示的目的。 掃描顯示程序中CLK是掃描時(shí)鐘；SG為7段控制信號(hào)，由高到低為分別接g、f、e、d、c、b、a7個(gè)段；BT是位選控制信號(hào)，接下圖(

4、1)中的8個(gè)位選通信號(hào)：k1、k2k8。程序中CNT8是一個(gè)3位計(jì)數(shù)器，作掃描計(jì)數(shù)信號(hào)，有進(jìn)程P2生成；進(jìn)程P3是7斷譯碼查表輸出程序，進(jìn)程P1是對(duì)8個(gè)數(shù)碼管選通的掃描程序，例如當(dāng)CNT8等于“010”時(shí)，K3對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管被選通，同時(shí)，H被賦值3，再有進(jìn)程P3譯碼輸出“1001111”，顯示在數(shù)碼管上即為“3”；當(dāng)CNT8掃變時(shí)將能在8個(gè)數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)：12345678。圖(1)8位數(shù)碼電路2、七段數(shù)碼顯示譯碼器的原理:7段數(shù)碼是純組合電路。通常的小規(guī)模專用IC,如74或4000系列的器件只能作十進(jìn)制BCD碼譯碼，然而數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算都是二進(jìn)制的，所以輸出表達(dá)都是十六進(jìn)制的。為了滿

5、足十六進(jìn)制數(shù)的譯碼顯示，最方便的方法就是利用VHDL譯碼程序在FPGA/CPLD中來(lái)實(shí)現(xiàn)。注意，這里沒(méi)有考慮表示小數(shù)點(diǎn)的發(fā)光管，如果要考慮需要增加h段，并且段輸出SG6.0改為SG7.0。本實(shí)驗(yàn)采用共陽(yáng)數(shù)碼管，其電路圖見(jiàn)下圖（2）圖(2) 共陰和共陽(yáng)數(shù)碼管及其電路代表數(shù)據(jù)輸入碼輸入碼ga代表數(shù)據(jù)輸入碼輸入碼ga000001000000810000000000100011111001910010010000200100100100A10100001000300110011000B10110000011401000011001C11001000110501010010010D11010000110

6、601100000010E11100000110701111111000F11110001110圖(3)譯碼器真值表3、分頻器的工作原理：分頻器的原理也就是計(jì)數(shù)器，對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行偶數(shù)分頻，使占空比為50%。只要使用一個(gè)計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)器的前一半時(shí)間使輸出為高電平，在計(jì)數(shù)器的后一半時(shí)間使輸出為低電平，即可得到偶分頻時(shí)鐘。二、功能模塊1. 8位數(shù)碼掃描電路模塊：CLK為時(shí)鐘信號(hào)，SG為段控制信號(hào)，BT為位控制信號(hào)。功能是進(jìn)行8位數(shù)碼管的控制和7段數(shù)碼顯示的控制。2.分頻器模塊：CLKIN時(shí)鐘信號(hào)輸入,CLKOUT時(shí)鐘信號(hào)輸出。功能是對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻。3LED顯示模塊原理： LED有段碼和位碼之分，所謂

7、段碼就是讓LED顯示“8.”的八位數(shù)據(jù)，一般情況下要通過(guò)一個(gè)譯碼電路，將輸入的4位2進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為與LED顯示對(duì)應(yīng)的8位段碼。位碼也就是LED的顯示使能端，對(duì)于共陽(yáng)極的LED而言，高電平使能。 要讓8個(gè)LED同時(shí)工作，顯示數(shù)據(jù)，就是要不停的循環(huán)掃描每一個(gè)LED，并在使能每一個(gè)LED的同時(shí)，輸入所需顯示的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)8位段碼。雖然8個(gè)LED是依次顯示，但是受視覺(jué)分辨率的影響，看到的現(xiàn)象是8個(gè)LED同時(shí)工作。多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示，是將所有數(shù)碼管的相同段并聯(lián)在一起，通過(guò)選通信號(hào)分時(shí)控制各個(gè)數(shù)碼管的公共端，循環(huán)點(diǎn)亮多個(gè)數(shù)碼管，并利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要掃描的頻率大于50HZ，將看不到閃爍現(xiàn)象。 本次試

8、驗(yàn)不顯示小數(shù)點(diǎn)，可把SG段控制信號(hào)向量變?yōu)?位（最高位代表小數(shù)點(diǎn)），并在最高位設(shè)置成恒0低電平。三、總體設(shè)計(jì)用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)8位數(shù)碼掃描顯示電路程序和分頻器程序，作為底層文件；頂層文件用原理圖的設(shè)計(jì)方法，調(diào)用底層文件生成的符號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。模塊設(shè)計(jì)圖：四、模塊仿真1.8位數(shù)碼掃描電路模塊仿真圖2. 分頻器仿真圖五、總體仿真六、硬件實(shí)現(xiàn)1.引腳鎖定將設(shè)計(jì)編程下載進(jìn)選定的目標(biāo)器件中，如EP1C6，作進(jìn)一步的硬件測(cè)試，查詢實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)可得8位十進(jìn)制數(shù)數(shù)碼動(dòng)態(tài)掃描電路各引腳與目標(biāo)器件中所對(duì)應(yīng)的引腳：將CLK與目標(biāo)器件EP1C6的第28腳相接，將m6.0的m0m5按順序與目標(biāo)器件EP1C6的第

9、164169腳相接,m6接引腳號(hào)第173。n7.0按順序與目標(biāo)器件EP1C6的第162,161,160,159,158,141,140,139相接。2.鎖定好引腳后下載到實(shí)驗(yàn)箱并進(jìn)行測(cè)試。七、結(jié)論采用掃描方式實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示是，控制好數(shù)碼管之間的時(shí)間延時(shí)是很重要的，根據(jù)人眼視覺(jué)暫留原理，LED數(shù)碼管每秒導(dǎo)通24次以上，人眼就無(wú)法分辨LED數(shù)碼管短暫的不亮，認(rèn)為一直點(diǎn)亮的。 動(dòng)態(tài)掃描顯示方式是利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，把8個(gè)數(shù)碼管按一定順序（從左至右或者從右至左）進(jìn)行點(diǎn)亮。然而，當(dāng)點(diǎn)亮頻率足夠大時(shí)，我們看到的不再是一個(gè)一個(gè)的點(diǎn)亮，而是全部同時(shí)顯示（點(diǎn)亮），與傳統(tǒng)方式得到的視覺(jué)效果完全一樣

10、。因此我們只要給數(shù)碼管這樣一個(gè)掃描頻率，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上的數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。而這個(gè)頻率我們可以通過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生，只要計(jì)數(shù)頻率足夠大，就可以實(shí)現(xiàn)我們的要求。事實(shí)上，因?yàn)閿?shù)碼管點(diǎn)亮不是瞬間就可以的，它也需要一定的時(shí)間，該時(shí)間與數(shù)碼管的選擇有關(guān)系。八、心得體會(huì)： 通過(guò)此次動(dòng)態(tài)掃描電路的設(shè)計(jì)，我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)了VHDL基本邏輯電路的綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用，掌握VHDL語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)范，掌握時(shí)序電路描述方法，掌握多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示的原理及設(shè)計(jì)方法。同時(shí)也熟悉掌握了Quartus II 的使用方法以及使用的各種流程。明白了多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示，是講所有的數(shù)碼管并聯(lián)在一起，通過(guò)選通信號(hào)分時(shí)控制各個(gè)數(shù)碼管的公共端

11、，循環(huán)點(diǎn)亮多個(gè)數(shù)碼管，并利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要掃描頻率大于50Hz，將看不到閃爍現(xiàn)象。 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體實(shí)訓(xùn)和考查過(guò)程?；仡欉@次課程設(shè)計(jì)，我們小組成員感慨萬(wàn)千，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在這些日子里，我學(xué)到了很多東西，不僅可以復(fù)習(xí)以前學(xué)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)是我懂得如何把理論和實(shí)際相結(jié)合起來(lái)，從理論中的結(jié)論，把理論應(yīng)用到實(shí)踐中，才能真正的為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和思考能力。 這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)這學(xué)期學(xué)過(guò)的數(shù)字電子技術(shù)基本知識(shí)的應(yīng)用

12、，本來(lái)對(duì)數(shù)字電子技術(shù)中的有些東西就不太熟悉，但是通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)報(bào)告，更深刻的了解了各種芯片的引腳、時(shí)序圖、邏輯圖以及功能表，能夠用各種芯片以及觸發(fā)器等組建邏輯電路。這次的設(shè)計(jì)雖然短暫，但卻是我們第一次自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的電路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也遇到了書(shū)本中不曾學(xué)到的情況。這次的設(shè)計(jì)雖然短暫，但卻是我們第一次自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的電路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也遇到了書(shū)本中不曾學(xué)到的情況。在這次實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題總結(jié)和吸取的經(jīng)驗(yàn)如下：1.在文件名必須與VHDL文件中的設(shè)計(jì)實(shí)體名保持一致。2.掌握好電路原理圖的例化及調(diào)出方式。3.引腳鎖定時(shí)，注意各個(gè)引腳是否連接正確及接觸是否良好。這次我們所做的實(shí)驗(yàn)是8位十進(jìn)制數(shù)動(dòng)態(tài)掃描顯示控

13、制電路，那何為掃描顯示呢？掃描顯示是通過(guò)把畫(huà)面劃分成很多很多幀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每一幀都是靜止的圖象，快速連續(xù)地顯示幀便形成了運(yùn)動(dòng)的假象。刷新頻率越快，由于人眼的視覺(jué)停留，就會(huì)得到想要的結(jié)果。這就像是拍攝電影一樣，在拍攝武打動(dòng)作時(shí)，實(shí)際中兩人的動(dòng)作是很慢的，但播放時(shí)，人為的把速度放快，才得到了我們?nèi)粘Ｉ钪邢矚g的那種快動(dòng)作效果。 通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)報(bào)告我們小組也體會(huì)到數(shù)字電子技術(shù)對(duì)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的重要性。這次實(shí)驗(yàn)也教會(huì)了我們?cè)S多：1.學(xué)會(huì)小組之間的分工與合作。小組之間分工要明確，這是實(shí)驗(yàn)成功的保障、2.遇事多動(dòng)腦，并且注意學(xué)習(xí)其他人的長(zhǎng)處，吸收老師和教導(dǎo)者的經(jīng)驗(yàn)。3.提高了動(dòng)手能力。這次實(shí)驗(yàn)報(bào)告，使我們動(dòng)手能

14、力得到很大的提高。在生活中遇到一些小事情時(shí)自己動(dòng)手解決，這樣可以增強(qiáng)我們的自信心，對(duì)我們將來(lái)去適應(yīng)陌生事物是有很大幫助的。這次實(shí)驗(yàn)報(bào)告是短暫的，但留給我們的感受是深刻的。我們沒(méi)必要在憐惜什么，以為我已得到很多了。自己現(xiàn)在該做的，就是當(dāng)認(rèn)識(shí)到自己的不足時(shí)，那就該如何去改造自己，如何完善自己。大學(xué)的生活是豐富多彩的，大學(xué)中每個(gè)人要完成的事情是很多的，但那需要每個(gè)人的認(rèn)真投入。每個(gè)人不必再感嘆世事的滄桑，不必遺憾歲月的來(lái)去匆匆，我們要做的那就是在這有限的時(shí)間內(nèi)，完成自己應(yīng)該完成的事，經(jīng)歷自己應(yīng)該經(jīng)歷的事情。 九、附錄代碼：1. 8位數(shù)碼掃描電路模塊VHDL語(yǔ)言LIBRARY IEEE; 庫(kù)函數(shù)USE

15、 IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; 定義STD_LOGIC數(shù)據(jù)類型及相應(yīng)運(yùn)算USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY smdl IS smml 為實(shí)體名 PORT (CLK:IN STD_LOGIC;時(shí)鐘 SG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);段顯示控制（gfedcba） BT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);數(shù)碼管地址選擇控制 END; ARCHITECTURE one OF smdl IS SIGNAL CN:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);變量

16、，計(jì)數(shù) SIGNAL H:INTEGER RANGE 0 TO 9; BEGIN P1:PROCESS(CN) 進(jìn)程，CN變化時(shí)啟動(dòng)進(jìn)程 BEGIN CASE CN IS WHEN"000"=>BT<="00000001"H<=1;控制第一位數(shù)碼管，并置數(shù)1 WHEN"001"=>BT<="00000010"H<=2; WHEN"010"=>BT<="00000100"H<=3; WHEN"011"=&

17、gt;BT<="00001000"H<=4; WHEN"100"=>BT<="00010000"H<=5; WHEN"101"=>BT<="00100000"H<=6; WHEN"110"=>BT<="01000000"H<=7; WHEN"111"=>BT<="10000000"H<=8; WHEN OTHERS=>NULL;

18、 END CASE; END PROCESS P1; 結(jié)束進(jìn)程P1 P2:PROCESS(CLK) 進(jìn)程，CLK變化時(shí)啟動(dòng)進(jìn)程 BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN CN<=CN+1; 當(dāng)上升沿時(shí)，進(jìn)行計(jì)數(shù) END IF; END PROCESS P2; 結(jié)束進(jìn)程P2 P3:PROCESS(H) BEGIN CASE H IS WHEN 0=>SG<="0111111"“0”的輸入碼 WHEN 1=>SG<="0000110"“1”的輸入碼 WHEN 2=>SG<="1011011"“2”的輸入碼 WHEN 3=>SG<="1001111"“3”的輸入碼 WHEN 4=>SG<="1100110"“4”的輸入碼 WHEN 5=>SG<="1101101"“5”的輸入碼 WHEN 6=>SG<="1111101"