数码管扫描显示控制器设计与实现北京邮电大学数字电路实验报告.docx
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数码管扫描显示控制器设计与实现北京邮电大学数字电路实验报告
北京邮电大学
实验报告
实验名称:
数码管扫描显示控制器设计与实现
学院:
信息与通信工程学院
班级:
姓名:
学号:
日期:
2010年5月
索引
一.实验目的
1.掌握VHDL语言的语法规范,掌握时序电路描述方法
2.掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法
二.实验所用仪器及元器件
1.计算机
2.直流稳压电源
3.数字系统与逻辑设计实验开发板
三.实验任务要求
1.用VHDL语言设计并实现六个数码管串行扫描电路,要求同时显示0,1,2,3,4,5这六个不同的数字图形到六个数码管上,仿真下载验证其功能。
2.用VHDL语言设计并实现六个数码管滚动显示电路。
(选作)
I.循环滚动,始终点亮6个数码管,左出右进。
状态为:
012345-123450-234501-345012-450123-501234-012345
II.向左滚动,用全灭的数码管充右边,直至全部变灭,然后再依次从右边一个一个地点亮。
状态为:
012345-12345X-2345XX-345XXX-45XXXX-5XXXXX-XXXXXX-XXXXX0-XXXX01-XXX012-XX0123-X01234-012345,其中’X’表示数码管不显示。
四.实验设计思路及过程
1.实验原理
为使得输入控制电路简单且易于实现,采用动态扫描的方式实现设计要求。
动态扫描显示需要由两组信号来控制:
一组是字段输出口输出的字形代码,用来控制显示的字形,称为段码;另一组是位输出口输出的控制信号,用来选择第几位数码管工作,称为位码。
各位数码管的段线并联,段码的输出对各位数码管来说都是相同的。
因此在同一时刻如果各位数码管的位选线都处于选通状态的话,6位数码管将显示相同的字符。
若要各位数码管能够显示出与本位相应的字符,就必须采用扫描显示方式,即在某一时刻,只让某一位的位选线处于导通状态,而其它各位的位选线处于关闭状态。
同时,段线上输出相应位要显示字符的字型码。
这样在同一时刻,只有选通的那一位显示出字符,而其它各位则是熄灭的,如此循环下去,就可以使各位数码管显示出将要显示的字符。
虽然这些字符是在不同时刻出现的,而且同一时刻,只有一位显示,其它各位熄灭,但由于数码管具有余辉特性和人眼有视觉暂留现象,只要每位数码管显示间隔足够短,给人眼的视觉印象就会是连续稳定地显示。
总之,多个数码管动态扫描显示,是将所有数码管的相同段并联在一起,通过选通信号分时控制各个数码管的公共端,循环一次点亮多个数码管,并利用人眼的视觉暂留现象,只要扫描的频率大于50Hz,将看不到闪烁现象。
6个数码管则需要50*6=300Hz以上才能看到持续稳定点亮的现象。
2.设计思路
设计时序电路,输入时钟经过一个分频器,产生2kHz的扫描信号作为时钟,驱动计数器工作。
选用模值为6的计数器,通过一个3线至6线译码器,产生段码,依次控制6个LED的亮灭,使得某一时刻有且仅有一个LED点亮,同时产生对应的,将点亮的LED数码管赋值显示为相应的数码予以显示。
由于扫描频率较高,6位LED数码管序列将显示持续稳定的0至5的数码。
3.VHDL代码
A.实验任务1
①实现代码
--2kHz分频器
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitydiv2kis
port(clk_in:
instd_logic;
clk_out:
outstd_logic);
end;
architectureaofdiv2kis
signalcnt:
integerrange0to999;
signalclk_tmp:
std_logic;
begin
process(clk_in)
begin
if(clk_in'eventandclk_in='1')then
ifcnt=999then
cnt<=0;clk_tmp<=notclk_tmp;
else
cnt<=cnt+1;
endif;
endif;
endprocess;
clk_out<=clk_tmp;
end;
--SCAN_LED:
LED动态扫描
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYSCAN_LEDIS
PORT(CLK:
INSTD_LOGIC;
SG:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);
BT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0));
END;
ARCHITECTUREarcOFSCAN_LEDIS
componentdiv2k
port(clk_in:
instd_logic;clk_out:
outstd_logic);
endcomponent;
SIGNALCNT6:
INTEGERRANGE0TO6;
SIGNALA:
INTEGERRANGE0TO5;
SIGNALclk_tmp:
STD_LOGIC;
BEGIN
u1:
div2kportmap(clk_in=>CLK,clk_out=>clk_tmp);
P1:
process(CNT6)
BEGIN
CASECNT6IS--3线至6线译码器
WHEN0=>BT<="011111";A<=0;--A为位码
WHEN1=>BT<="101111";A<=1;
WHEN2=>BT<="110111";A<=2;
WHEN3=>BT<="111011";A<=3;
WHEN4=>BT<="111101";A<=4;
WHEN5=>BT<="111110";A<=5;
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
ENDPROCESSP1;
P2:
process(clk_tmp)
BEGIN
IFclk_tmp'EVENTANDclk_tmp='1'THEN--实现模6计数器
CNT6<=CNT6+1;
ifCNT6=5then
CNT6<=0;
endif;
ENDIF;
ENDPROCESSP2;
P3:
process(A)
BEGIN
CASEAIS--实现数码管的显示功能
WHEN0=>SG<="1111110";WHEN1=>SG<="0110000";
WHEN2=>SG<="1101101";WHEN3=>SG<="1111001";
WHEN4=>SG<="0110011";WHEN5=>SG<="1011011";
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
ENDPROCESSP3;
ENDarc;
②代码说明
通过分频器输入产生选通脉冲,控制0至5号LED数码管依次亮灭,同时使用数码显示信号使得数码管显示相应数码。
实现时通过连接引入分频信号,通过数据选择器选择数码管。
计数器信号触发数据选择器,赋值给位码触发数码管显示数码。
最终实现动态扫描显示数字序列。
B.实验任务2-I
①实现代码
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYscan_led_2IS
PORT(CLK:
INSTD_LOGIC;
SG:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);
BT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0));
END;
ARCHITECTUREarcOFscan_led_2IS
componentdiv2k
port(clk_in:
instd_logic;
clk_out:
outstd_logic);
endcomponent;
SIGNALCNT6:
INTEGERRANGE0TO6;
SIGNALA:
INTEGERRANGE0TO5;
SIGNALCOUNT:
INTEGERRANGE0TO5001:
=0;
SIGNAlFLAG:
INTEGERRANGE0TO7:
=0;
SIGNAlFLAG_A:
INTEGERRANGE0TO5;
SIGNALclk_tmp:
STD_LOGIC;
BEGIN
u1:
div2kportmap(clk_in=>CLK,clk_out=>clk_tmp);
P1:
process(CNT6)
BEGIN
CASECNT6IS
WHEN0=>BT<="011111";A<=0;--3线至6线译码器
WHEN1=>BT<="101111";A<=1;
WHEN2=>BT<="110111";A<=2;
WHEN3=>BT<="111011";A<=3;
WHEN4=>BT<="111101";A<=4;
WHEN5=>BT<="111110";A<=5;
WHENOTHERS=>NULL;ENDCASE;
ENDPROCESSP1;
P2:
process(clk_tmp)
BEGIN
IFclk_tmp'EVENTANDclk_tmp='1'THEN--实现模6计数器
CNT6<=CNT6+1;
ifCNT6=5then
CNT6<=0;
endif;
IF(FLAG=6)THEN--设置标志
FLAG<=0;
ENDIF;
IFCOUNT=5000THEN--相当于另一个时钟
COUNT<=0;--计数周期为5000
FLAG<=FLAG+1;--当记满5000时左移动一位
ELSE
COUNT<=COUNT+1;--不满5000继续计数
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESSP2;
P3:
process(A)
BEGIN
FLAG_A<=((A+FLAG)mod6);--使用求余运算实现移位
CASEFLAG_AIS--实现数码管的显示功能
WHEN0=>SG<="1111110";WHEN1=>SG<="0110000";
WHEN2=>SG<="1101101";WHEN3=>SG<="1111001";
WHEN4=>SG
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