EDA數(shù)碼管的顯示整個流程實驗報告

1、EDA 第一次實驗報告實驗?zāi)康模豪肣uartus軟件，采用自上而下或自下而上的模塊化層次設(shè)計數(shù)碼管掃描顯示電路，通過仿真波形及硬件實驗平臺驗證設(shè)計，從而熟悉Quartus的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程以及FPGA開發(fā)模式。一、 實驗設(shè)計方案1. 原理說明：幾個數(shù)碼管在同一時間進(jìn)行顯示利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，把多個數(shù)碼管按一定順序（從左至右或從右至左）循環(huán)進(jìn)行點亮，當(dāng)點亮的頻率足夠高時，我們可以看到全部同時顯示（點亮）。因此，我們只要給數(shù)碼管驅(qū)動電路一個足夠高的掃描工作頻率，就可以實現(xiàn)幾個數(shù)碼管同時點亮。而用來產(chǎn)生這個掃描頻率的驅(qū)動電路，可以通過BCD七段譯碼器的輸入數(shù)據(jù)切換電路，通過計數(shù)器的輸出來控制幾

2、個多路數(shù)據(jù)選擇器電路的實現(xiàn)，只要計數(shù)頻率足夠高，就可以實現(xiàn)我們的要求。2. 結(jié)構(gòu)框圖：3選1多路選擇器模4計數(shù)器7段譯碼器產(chǎn)生00,01,10,11一次選擇其中一組信號2-3譯碼器abcdefg不同的段位發(fā)光形成數(shù)字對數(shù)碼管進(jìn)行選擇位選其中，3選1多路選擇器以及2-3譯碼器的輸入信號是由模4計數(shù)器統(tǒng)一輸出控制，以達(dá)到數(shù)碼管的位選以及段選同時變化的效果。二、 實驗流程：1、 模4計數(shù)器設(shè)計并進(jìn)行仿真，下載到電路板上測試2、 3選1多路選擇器設(shè)計3、 2-3譯碼器設(shè)計并進(jìn)行仿真4、 綜合利用模4計數(shù)器，3選1多路選擇器以及2-3譯碼器完成數(shù)碼管掃描顯示電路的設(shè)計并進(jìn)行仿真，下載到電路板上測試2-3

3、譯碼器設(shè)計（仿真）3選1多路選擇器設(shè)計模4計數(shù)器設(shè)計（仿真、下載測試）數(shù)碼管掃描顯示電路設(shè)計（仿真、下載測試）綜合模4計數(shù)器與2-3譯碼器大同小異。所以，我就以2-3譯碼器為例簡單的講述一下演示工程的創(chuàng)建過程。3選1多路選擇器：1) 打開Quartus,創(chuàng)建工程，點擊File->New Project Wizard注意工程文件名一定要和頂層實體名一致，否則到后面編譯的時候就有可能會報錯并且還很難找出錯誤原因。2) 點擊Next，下一步是添加工程所需子模塊設(shè)計源文件及設(shè)置用戶庫，我們目前不需要，直接單擊Next。3) 選擇目標(biāo)器件我在實驗室里截了圖，其實可以看出，上面器件的選取和電板上的芯

4、片型號相同。因此，一定要根據(jù)實際情況對器件進(jìn)行選取，否則，仿真時就會出現(xiàn)問題。4) 點擊Next，是用戶根據(jù)需求確定工程所用的第三方綜合、仿真、時序分析工具。本工程默認(rèn)None，直接點擊Next。5) 工程信息的確認(rèn)核實工程信息設(shè)置，如果需要修改則可單擊black返回相關(guān)頁面重新設(shè)置。再單擊Finish結(jié)束工程創(chuàng)建。6) 創(chuàng)建設(shè)計文件：選擇File->New,彈出如圖所示對話框，選擇Block Diagram/Schematic File選項，彈出空白圖形編輯器窗口。7) 元件的放置，命名及連接在空白處雙擊鼠標(biāo)左鍵，彈出如圖對話框，可以直接在Name里面輸入要找的器件（這樣做會比較快一些

5、），也可以一個一個打開查找。然后單擊OK或者鍵盤Enter，放置元器件。右擊選中器件并在快捷菜單中選擇Properties命令，在Name欄中輸入器件名。8) 連好的元件電路如圖所示然后保存文件，選擇File->save或者ctrl+s，彈出對話框，默認(rèn)保存工程文件名為decoder2_3.bdf9) 編譯選擇菜單Processing->Compiler Tool命令，然后單擊Start進(jìn)行全編譯。10) 仿真驗證1. 建立波形文件：選擇File->New，彈出的對話框中選擇Vector Waveform File。2. 添加節(jié)點:選擇菜單Edit->Insert-&g

6、t;Insert Node or Bus，彈出對話框，單擊Node Finder，彈出如圖所示對話框。然后按照如圖示進(jìn)行選擇編輯。3. 參數(shù)設(shè)置：有兩個重要的參數(shù)需要設(shè)置End Time和Grid Size。 Edit->End Time彈出結(jié)束時間對話框如圖，設(shè)置Time時間為2微秒。 Edit->Grid Size，彈出網(wǎng)格大小設(shè)置框，Period設(shè)置為100納秒。4. 輸入信號激勵：選中節(jié)點clk，使其變?yōu)樗{(lán)色高亮，然后選擇左側(cè)按鈕，彈出時鐘設(shè)置?？傮w設(shè)置如圖所示5. 保存波形文件：File->Save,彈出Save as,保存為默認(rèn)decoder2_3.vwf,并選中

7、Add to current project。6. 進(jìn)行功能仿真以及時序仿真:功能仿真：選擇Processing->Generate Fuctional Simulation Netlist產(chǎn)生功能仿真網(wǎng)表。選擇Assignments->Setting，做如圖設(shè)置:然后File->Start Simulation啟動功能仿真。功能仿真結(jié)果：data輸入為00時，譯出的seg為100，data輸入為01時，譯出的seg為010，其他情況為001.時序仿真只需要Assignments->Setting，將Simulation mode改為Timing然后再重復(fù)上述步驟就行了

8、。時序仿真結(jié)果：7. 接下來進(jìn)行管腳分配：Assignments->Pin中分配管腳，具體如圖所示：注意：input需要輸入的是時鐘信號，所以管腳的分配要對照你的電板進(jìn)行分配。并且分配完之后還要再進(jìn)行一次全編譯。8. 最后是將你所做的下載到電板上：Tools->Programming,進(jìn)入下載界面,單擊Hardware Setup，彈出電纜配置對話框，下拉中選擇ByteBlasterMV就好了，最后點擊start進(jìn)行下載顯示。我這里只對模4計數(shù)器進(jìn)行了下載顯示，顯示如圖：以上流程無論是模4計數(shù)器、2-3譯碼器還是3選1多路選擇器都差不多，只不過3選1多路選擇器用的是VHDL語言，除

9、了一開始創(chuàng)建的時候是File->New中選擇的是WHDL File之外，后面的工程差不多一樣。所以下面就將重心放在數(shù)碼管掃描電路上面。11) 數(shù)碼管掃描顯示電路結(jié)構(gòu)1) 模4計數(shù)器根據(jù)時鐘的周期性產(chǎn)生00,01,10，11信號同時輸入給3選1多路選擇器以及2-3譯碼器2) 3選1多路選擇器獲取輸入的三次信號，但是只輸出三次信號中的一次3) 2-3譯碼器接受模4計數(shù)器產(chǎn)生的信號并譯出，進(jìn)行數(shù)碼管的位選4) 7499七段譯碼器接受3選1多路選擇器輸出的一次信號并將其在數(shù)碼管上顯示12) 波形仿真以下是數(shù)碼管掃描顯示電路的仿真波形圖，用以在實際電路檢測前發(fā)現(xiàn)邏輯錯誤。結(jié)束時間：2微秒周期100

10、ns數(shù)碼管段選三個輸入信號，分別是5,9，E的二進(jìn)制。數(shù)碼管位選時鐘信號13) 結(jié)果解釋及驗證：模4計數(shù)器產(chǎn)生時鐘信號（clk）00,01,10，11通過sel傳遞給了2-3譯碼器對數(shù)碼管進(jìn)行位選。同時在din0，din1，din2輸入你想要數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)通過dout傳遞給了數(shù)碼管，bsg則為數(shù)碼管位選，根據(jù)周期性時間對數(shù)碼管進(jìn)行選擇，而abcdefg則對應(yīng)數(shù)碼管的發(fā)光段。仿真圖的數(shù)據(jù)提取如下：（時間段用T1，T2，T3表示）時間輸入位選段選數(shù)碼管顯示T15100T29010T3E001上面除了5之外其他的顯示異常，是因為7449七段譯碼器有時候無法識別，會出現(xiàn)亂碼，因此最好是用VHDL語言

11、自己寫一個七段譯碼器。于是，我重新寫了一個七段譯碼器。代碼如下：library IEEE;use IEEE.std_logic_1164.all;entity myself isport( din:in std_logic_vector(3 downto 0); dou:out std_logic_vector(6 downto 0);end myself;architecture myself_arc of myself isbegindou <= "1111110" when din="0000" else"0110000"

12、 when din="0001" else"1101101" when din="0010" else"0110011" when din="0011" else"1011011" when din="0100" else"1011111" when din="0101" else"1110000" when din="0110" else"1111111"

13、 when din="0111" else"1110011" when din="1000" else"1110111" when din="1001" else"1110111" when din="1010" else"0011111" when din="1011" else"1001110" when din="1100" else"0111101"

14、 when din="1101" else"1001111" when din="1110" else"1000111" when din="1111" else"0000000"end myself_arc;并且編譯通過后原圖修改為我自己的七段譯碼器（myself）：產(chǎn)生的剛好是正確的波形：時間輸入位選段選數(shù)碼管顯示T1E100T2C010T3B00100111114) 管腳分配說明clk分配給125號管腳，為了產(chǎn)生一個快速的頻率，使肉眼分辨不出數(shù)碼管的顯示是周期性掃描的結(jié)

15、果。三、 實驗日志：問題一：數(shù)碼管掃描器那里總是編譯不過去，并且我發(fā)現(xiàn)和書上有不一樣的地方，decoder2_3的名字以及文件夾名字命名都不是書上的。解決方法：重新創(chuàng)建一個decoder2_3文件夾并將原來的文件改名為decoder2_3.bfd，重新打開Quartus創(chuàng)建一個工程，打開decoder2_3.bdf并重新進(jìn)行編譯以及仿真問題二：數(shù)碼管的頂層電路圖怎么也編譯不過去解決方法：（1）找了一下圖，發(fā)現(xiàn)本來應(yīng)該是粗導(dǎo)線的地方用的是細(xì)導(dǎo)線（2）并未將counter4.bdf，mux4_3_1.vhd,decoder2-3.bdf復(fù)制到新建工程所在文件夾中四、 實驗總結(jié)：隨著示波管上顯示出我

16、所想要的數(shù)據(jù)，這次試驗圓滿完結(jié)。通過這次試驗，我了解了Quartus的平臺和基本操作。對于這次的實驗，我感覺熟練程度真的是逼出來的。由于一開始完全沒有任何基礎(chǔ)并且對EDA沒有任何了解，所以出現(xiàn)了種種困難，比如模4計數(shù)器做了5遍都還是忘記要將工程保存，比如由對整個實驗流程完全看不懂到最后能夠熟練的操作Quartus平臺，這是我這次實驗的最大的收貨。五、 思考題：（1） 圖形輸入法與硬件描述語言法優(yōu)缺點是什么？舉例說明一個Quartus最小工程必須維護(hù)哪些類型文件。答：圖形輸入法:（優(yōu)點）能直接的用元件連接電路圖，容易理解和思考，直觀，連線簡潔方便。（缺點）連線容易出錯，器件容易搞混。硬件描述語言：（優(yōu)點）邏輯性強(qiáng)，對實現(xiàn)電路器件和連線較多的邏輯電路較方便。（缺點）設(shè)計代碼