EDA八段动态数码管显示设计实验报告Word格式.docx
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本课题要求掌握使用QuartusII设计数字系统的设计思路和设计方法。
学习VHDL基本逻辑电路的综合设计应用。
掌握VHDL语言的语法规范,掌握时序电路描述方法。
掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法。
设计一个八位数码管共阴极动态扫描显示控制电路,要求显示学生自己的学号。
利用实验室设备完成系统设计并进行运行调试。
1、具体设计内容如下:
(1)静止显示学号;
(2)动态循环显示学号。
2、提供设计报告,报告要求包括以下内容:
设计思路、设计输入文件、设计与调试过程、模拟仿真结果和设计结论。
三、原始资料
1、LED显示模块原理
LED有段码和位码之分,所谓段码就是让LED显示出“8.”的八位数据,一般情况下要通过一个译码电路,将输入的4位2进制数转换为与LED显示对应的8位段码。
位码也就是LED的显示使能端,对于共阳级的LED而言,高电平使能。
要让8个LED同时工作,显示数据,就是要不停的循环扫描每一个LED,并在使能每一个LED的同时,输入所需显示的数据对应的8位段码。
虽然8个LED是依次显示,但是受视觉分辨率的影响,看到的现象是8个LED同时工作。
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。
2、系统结构图信号名与芯片引脚对照表
硬件资源
元件引脚
EP3C引脚序号
电路使用说明
LED
数码显示
A
133
该部分电路为固定电路。
使用LED数码显示时请按照器件引脚分配表进行引脚分配后再下载到芯片中。
B
135
C
136
D
137
E
138
F
141
G
142
Dp
128
74LS138
S1
125
S2
126
S3
127
3、课程设计使用设备
(1)EDA及SOPC综合实验平台;
(2)导线若干;
(3)PC机;
(4)QuartusII开发工具软件。
四、要求的设计成果
(1)根据控制要求设计硬件电路原理图。
(2)编写用于系统仿真的VHDL源程序。
(3)系统仿真及验证结果。
(4)编写《EDA技术及应用课程设计》报告,课程设计报告内容包括:
①设计方案、课程设计过程和设计思想、方法、原理。
②画出系统的原理图。
③VHDL语言程序及仿真波形。
④参考资料、参考书及参考手册。
⑤其他需要说明的问题,例如操作说明、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
⑥《可编程控制器技术课程设计》报告可以手写,也可以用电脑编排打印,报告格式按照《华中科技大学武昌分校课程设计管理办法》执行。
课程设计报告要求内容正确完整,图表清晰,叙述简明,语句通顺,字数不得少于2000汉字。
⑦课程设计报告按封面、任务书、设计说明书、图纸、实物照片贴页(实物照片贴在A4复印纸上)、成绩评定表的顺序装订。
一、实验目的
1.了解实验箱中8位七段数码管显示模块的工作原理。
2.熟悉VHDL硬件描述语言及设计专用数字集成电路的自顶向下的设计思想。
3.掌握利用CPLD/FPGA设计8位七段数码管扫描显示驱动电路的方法。
二、设计要求
(1)分析设计要求,明确性能指标。
必须仔细分析课题要求,性能,指标及应用环境等,广开思路,构思出各种总体方案,绘制结构框图。
(2)确定合理的总体方案,对各种方案进行比较,以电路的先进性,结构的繁简,成本的高低及制作的难易等方面作综合比较,并考虑器件的来源,敲定可行方案。
(3)设计各单元电路。
总体方案化整为零,分解成若干自行同或单元电路,逐个设计。
(4)组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局,通常是按照信号的流向,采用左进右出的规律摆放各电路,并标出表的说明。
技术指标:
(1)发光强度比
由于数码管各段在同样的驱动电压时,各段正向电流不相同,所以各段发光强度不同,所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。
比值可以再1.5-2.3间,最大不能超过2.5.
(2)脉冲正向电流
若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为A,则在脉冲下,正向电流可以远大于A。
脉冲占空比越小,脉冲正向电流可以越大。
三、实验设备
1.计算机(配置为:
P4CPU128M内存);
2.实验软件QuartusⅡ
四、扫描原理
为了减少8位显示信号的接口连接线,实验箱中的数码显示采用扫描显示工作模式。
即8位数码管的七段译码输入(a,b,c,d,e,f,g)是并联在一起的,而每一个数码管是通过一个
位选择sel[2..0]来选定的。
sel与数码管之间是一3-8译码的关系,即sel为“000”时,选中
第一个数码管,sel为“111”时,选中第八个数码管。
五、设计任务
本实验要求在课题范围内,自行设计出程序,并模拟出电路图,以实现在8个数码管上轮流显示字符0-F的功能。
六、实验程序
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(7downto0));
end;
architectureoneofscan_ledissignalcnt8:
std_logic_vector(2downto0);
signala:
integerrange0to15;
beginp1:
process(cnt8)
begincasecnt8is
when"
000"
=>
bt<
="
00000001"
;
A<
=1;
001"
00000010"
=3;
010"
00000100"
=5;
011"
00001000"
=7;
100"
00010000"
=9;
101"
00100000"
=11;
110"
01000000"
=13;
111"
10000000"
=15;
whenothers=>
null;
endcase;
endprocessp1;
p2:
process(clk)
begin
ifclk'
eventandclk='
1'
thencnt8<
=cnt8+1;
endif;
endprocessp2;
p3:
process(a)
caseais
when0=>
sg<
0111111"
when1=>
0000110"
when2=>
1011011"
when3=>
1001111"
when4=>
1100110"
when5=>
1101101"
when6=>
1111101"
when7=>
0000111"
when8=>
1111111"
when9=>
1101111"
when10=>
1110111"
when11=>
1111100"
when12=>
0111001"
when13=>
1011110"
when14=>
1111001"
when15=>
endprocessp3;
七、时序仿真波形图
(1)打开波形编辑器。
选择“file"
菜单中的”new"
项,在“new"
窗口中选择”otherfiles“中的”vectorwaveformfile"
项,打开空白编辑器。
(2)设置时间仿真区域。
将仿真时间设置在一个比较合理的时间区域。
选择“edit”菜单中的“endtime...”项,在弹出的窗口中的“time"
栏处输入“100”,单位选择“ms”,将整个仿真区域的时间设为10ms,单击“ok”按钮,结束设置。
(3)编辑输入波形。
单击选中波形编辑窗口的时钟信号名“clk1”,使之变成蓝色条,再单击左列的时钟设置键,打开窗口,将“clk”的周期设定为0.5ms,“phase”相位设为默认为零,“dutycycle”占空比设为默认值50%。
(4)设定数据模式。
单击信号“light”旁边的“+”号,可以打开信号的各个分量,查看信号的每一位。
如果双击“+”号左边的信号标记,可以打开该信号格式设置的对话框。
(5)波形文件存盘。
选择“file”菜单下的“save”命令,或直接单击工具栏上的按钮即可。
(6)仿真器参数设计。
选择“assignment”菜单下的“setting。
。
”项,在“setting”窗口中左侧“category”栏中选择“simulator”项,打开窗口,在“siumlationmode”项目下选择仿真激励文件“light.vwf”。
在“simulationperiod”栏中选择“runsimulationuntilallvectorstimuliareuse”即全程仿真;
确认选中“simulationcoveragereporting”;
毛刺检测“glitchdetection”为1us;
功耗估算“generatesignalactivityfile”。
把所有的参数都设定好了之后,就可以观察相关的波形了。
八、仿真结果
九、模拟电路
十、设计总结
这次课程设计上网查的资料比较多,所以我觉得这次设计做起来比较顺手,基本上没遇到很多自己很难解决的问题。
但是这次试验收获也不少,首先,由于要自己查资料在自己结合着写程序,所以要对程序要一个比较深的了解,基本上每一句都要弄懂,就是因为这我在程序上花了不少时间,把程序弄得很懂,这在一方面让我复习了一下EDA的知识,也加强我对EDA的学习。
然后就是这次设计用的是Quartus这个软件,这个软件我觉得就是英文版的很难学习,应该经常使用才行,正好这次试验需要用这个软件,让我对英文软件有了起码的信心。
通过这次设计,对EDA这个课程有太大的了解!
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