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

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) 了儉十逐制敘敘碼幼態(tài)掃描電曙殺針簡(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)人于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，人人減少led的外部引線等優(yōu)點(diǎn)。目前動(dòng)態(tài)扌i描顯示技術(shù)己 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quartusit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jij viidl語(yǔ)言編寫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、編譯及吋序仿真。其中，由于分頻器的分頻系數(shù)過(guò)大吋，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lkik,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)掃描顯不的工作原理：輸入信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào)clko輸出控制信號(hào)：段控制信號(hào)sg6.o;位控制控制信號(hào) bt7.0o 8位數(shù)碼管，其中每個(gè)數(shù)

3、碼管的8個(gè)段h、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)klk8來(lái)選擇。被選通的數(shù)碼管顯示數(shù) 據(jù)，其余關(guān)閉。如在某一吋刻，k3為高電平，其余選通信號(hào)為低電平，這吋僅為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)klk8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；

4、bt是位選控制信號(hào),接下圖中的8個(gè)位選通信號(hào):kl、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牛成；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

5、以輸出表達(dá)都是十六進(jìn)制 的。為了滿足十六進(jìn)制數(shù)的譯碼顯示，最方便的方法就是利用viidl譯碼程序在fpga/cpld屮來(lái)實(shí)現(xiàn)。注意，這里沒(méi)冇考慮表示小數(shù)點(diǎn)的發(fā)光管，如果要考慮需要增加h段，并且段輸 出sge6.0改為sg17.0。本實(shí)驗(yàn)采用共陽(yáng)數(shù)碼管，其電路圖見下圖（2）1二共陽(yáng)極圖（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ga000001000000810000000000100011111001910010010000200100100100a10100001000300110011000b10110000011401000011001c110010001

6、10501010010010d11010000110601100000010e11100000110701111111000f11110001110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%o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。smdlclksg6.o1bt7.oinst22. 分頻器模塊：clkin時(shí)鐘信號(hào)輸入

7、,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。fenpingclkinclkoutinst23. led顯示模塊原理：led有段碼和位碼之分，所謂段碼就是讓led顯示”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，是將所冇數(shù)碼管的相同

8、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)碼打描電路模塊仿真圖baaeclk 日bt日sgva130 ps 320.0 ns 640.0 ns 960.0 ns 1.28 us 1.6 us 1

9、.92 us 2.24 us 2.56 us 2.88 u iii丨丨i丨 13.45 ns丿 0itlerr7luntujrrujni_rr7lujrrujmijtrl_rm_untuirtliinn_untujt 顧 00000010 煩碩麗伽 ooioooyoooioooo 顧碩 oiooooooyioooooooxoooooooi 顧頑碗麗;0000100碌00010000加0100000：1而麗上 訃h hh h丨h(huán)丨丨打h丨h(huán)丨h(huán)丨丨h(huán) h丨h(huán)丨h(huán)丨h(huán)丨h(huán)丨1門丨口丨h(huán)丨h(huán) h丨圧hllllllllllllllllllllliliirtttnllllllllllllllllllll

10、lllillllllllllirtttnl:働 10110111100110 x iioiioid 1111101x 0000111:nwihowoiio x1011011x1001111lioiioi nnwiooooiiilx丨 mx門1門丨門 1“ hi; xih m 汕；x ;； x ; x ; x ; x門冷h 汀訃五、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)器件屮，如ep1c6,作進(jìn)一步的硬件測(cè)試，查詢實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 書可得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ep

11、1c6的第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)人眼視覺愆留原理，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)亮頻率足夠人時(shí)，我們看到的不再是一個(gè)一個(gè)的點(diǎn)亮, 而是全部同吋顯示（

12、點(diǎn)亮），與傳統(tǒng)方式得到的視覺效來(lái)完全一樣。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基木邏輯電路的綜合設(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 quartusit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

13、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，并利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象，只耍掃描頻率大于50hz,將 看不到閃爍現(xiàn)彖。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)和考杏過(guò)程。冋顧這次課程設(shè)計(jì), 我們小組成員感僦萬(wàn)千，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在這些li 了里，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)到了很多卩本上學(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)，從而捉高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和思

14、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，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，但卻是我們第一次口己動(dòng)手設(shè)計(jì)的電路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也遇到 了書木屮不曾學(xué)到的惜況。在這次實(shí)驗(yàn)屮遇到的問(wèn)題總結(jié)和吸取的經(jīng)驗(yàn)如下：1.在文件名必 須與vhdl文件屮的設(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 鎖定吋，注意各個(gè)引

15、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)掃描顯示控制電路,那何為掃描顯示呢？掃描顯示是通過(guò)把畫血?jiǎng)澐殖珊芏嗪芏鄮瑏?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)的假彖。刷新頻率越快，由 于人眼的視覺停留，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) 際小兩人的動(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钚∠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)字電了技術(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

16、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.捉高了動(dòng) 手能力。這次實(shí)驗(yàn)報(bào)告，使我們動(dòng)手能力得到很大的提高。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)陌生事物是冇很人幫助的。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)到白己的不足時(shí)，那就該如何去改造白己，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，不必遺憾歲刀的來(lái)去匆匆，我們要做的那 就是在這有限的時(shí)間內(nèi)，完成白己應(yīng)該完成的事，經(jīng)歷白己應(yīng)該經(jīng)歷的

17、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 ieee. std_log1c_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_l0gtc_vect0r(6 downto 0);段顯示控制(gfedcba) bt:out std_log1c_vector(7 downto 0);數(shù)碼管地址選擇控制end;architecture one of

18、 smdl tssignal cn: std logic vector (2 downto 0);變量，計(jì)數(shù)signal h:integer range 0 to 9;begtnpl:process(cn) 進(jìn)程，cn變化時(shí)啟動(dòng)進(jìn)程begincase cn iswhen000二>bt二00000001 ； h二 1;控制第一位數(shù)碼管，并置數(shù) 1whenz/001 二bix二00000010z，;h<=2;when010=bt二00000100"h<=3;when011=>bt二00001000;h<=4;when" 100z=>bt<

19、;=z，00010000" h<=5;when" 10 r=>bt<=z，00100000 ;h<=6;when" 110"=>bt<=，z01000000" h<=7;when" 111 =btu 10000000 ； il<=8;when others二null;end case;end process pl; 結(jié)束進(jìn)程plp2: process (clk) 進(jìn)程，clk變化時(shí)啟動(dòng)進(jìn)程begintf clk，event and clk二'1' then cnucn+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p2p3:process(h)begincase h iswheno=>sg<=,oiiinr,；一“0”的輸入碼when匸sg=0000110；一t的輸入碼when2二sg<=1011011；一“2"