最新8个led循环显示计数器.docx

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最新8个led循环显示计数器

长沙学院

课程设计说明书

题目8个LED循环显示、计数器的设计

系（部）电子与通信工程系

专业（班级）电气工程及其自动化2

姓名

学号2010

指导教师瞿瞾

起止日期

电子设计自动化设计任务书

系（部）：

电子与通信工程系专业：

电气工程及其自动化指导教师：

瞿曌

课题名称

8个LED循环显示、计数器的设计

设计内容及要求

试设计一个8个LED循环显示，同时数码管也显示LED亮的次数。

由于系统时钟为50MHz，直接当作时钟会由于计数速度太快而无法使发光二极管正常发光，因此首先需要对系统时钟进行分频，然后再以分频后的时钟作为计数器的计数时钟。

要求设置3个按钮，一个供“开始”用，一个供“停止”用，一个供系统“复位”用；对8个LED循环显示的延续时间进行调整；调整步长自定。

系统提供50MHZ频率的时钟源。

完成该系统的硬件和软件的设计，并制作出实物装置，调试好后并能实际运用（指导教师提供制作所需的器件），最后就课程设计本身提交一篇课程设计说明书。

设计工作量

1、VHDL语言程序设计；

2、波形仿真；

3、在实验装置上进行硬件测试，并进行演示；

4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、硬件测试、调试过程，参考文献、设计总结等。

进度安排

起止日期（或时间量）

设计内容（或预期目标）

备注

第1天

课题介绍，答疑，收集材料

第2天

设计方案论证

第3天

进一步讨论方案,对设计方案进行必要的修正，方案确定后开始进行VHDL语言程序设计

第4天

设计VHDL语言程序

第5~9天

在实验装置上进行硬件测试，对VHDL语言程序进行必要的修正，并进行演示

第10天

编写设计说明书

教研室

意见

年月日

系（部）主管领导意见

年月日

长沙学院课程设计鉴定表

姓名

学号

专业

电气工程及其自动化

班级

2

设计题目

8个LED循环显示、计数器的设计

指导教师

瞿曌

指导教师意见：

评定等级：

教师签名：

日期：

答辩小组意见：

评定等级：

　　　　　答辩小组长签名：

　　　　　日期：

教研室意见：

教研室主任签名：

日期：

系（部）意见：

系主任签名：

　　　　　　　　日期：

说明

课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；

目录

一、设计任务1

二、设计要求1

三、设计原理1

四、设计步骤1

1）设计分频计数器1

2）设计数控分频2

3）LED灯循环设计3

4）数码管扫频4

5）8个数码管计数4

6）引脚分配6

五、设计流图7

六、程序语言7

七、设计思考与总结10

八、参考文献11

一、设计任务

设计一个8个LED循环显示，同时数码管也显示LED亮的次数。

由于系统时钟为50MHz，直接当作时钟会由于计数速度太快而无法使发光二极管正常发光，因此首先需要对系统时钟进行分频，然后再以分频后的时钟作为计数器的计数时钟。

二、设计要求

要求设置3个按钮，一个供“开始”用，一个供“停止”用，一个供系统“复位”用；对8个LED循环显示的延续时间进行调整；调整步长自定。

系统提供50MHZ频率的时钟源。

完成该系统的硬件和软件的设计，并制作出实物装置，调试好后并能实际运用（指导教师提供制作所需的器件），最后就课程设计本身提交一篇课程设计说明书。

三、设计原理

首先，要设计一个8个led灯循环显示的计数器，重要的设计部分在于让led灯循环显示，同时在显示的同时数码管的数加1。

即为要让led灯亮的同时，数码管上面的数字加1。

因此，需要在同一个脉冲下完成计数器加1，led灯循环亮一位。

由于系统给定的时钟是50Mhz，而我们可视的频率为24hz内，很显然数码管和led灯不能正常工作，这就涉及到要将50mhz频率分频，将频率变小，使计数器和led灯能正常工作；

其次，led灯要实现循环显示，即第一个灯亮之后，在出现一个上升沿脉冲后，第二个灯亮，第一个灯灭，来一个脉冲移动一个，并实现循环，为了实现循环，设计思路是讲来一次脉冲将最高位补到最低位，次最高位变成最高位。

级设计一个移位寄存器，准确的说是循环移位寄存器。

再者，由于数码管要求是动态显示，显然还要分出一个置位工作扫描频率，由于人的视觉暂留，频率应该大于24hz，为了数码管显示效果，我分出了1000hz的频率来扫描8位数码管的工作。

最后，分频是为了将50mhz的频率减小，即在50mhz（clk）出现n个上升沿之前另一个clk1不翻转，而在n个上升沿时翻转，在2n之前一直保持翻转后的状态，到2n时，计数器清零，同时再实现翻转，这样就能做出任意较小的频率实现设计。

四、设计步骤

1）设计分频计数器

首先设计分频计数器，由于要有一个数码管置位工作扫描频率（1000HZ），还要有一个实现计数个和led灯循环显示的频率，即分频要分出两个不同的频率，其中（扫描分频）程序如下：

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

entityfenpinis

port（clk0:

instd_logic;

y:

inoutstd_logic）;

endfenpin;

architectureoneoffenpinis

signalf:

std_logic;

begin

p_reg:

process（clk0）---1Hz分频

variablecnt:

integerrange1to50000;

begin

ifclk0'eventandclk0='1'then

ifcnt=25000then

cnt:

=1;f<='1';

else

cnt:

=cnt+1;f<='0';

endif;endif;

endprocessp_reg;

p_div:

process（f）

variablecnt2:

std_logic;

begin

iff'eventandf='1'then

cnt2:

=notcnt2;

ifcnt2='1'then

y<='1';

else

y<='0';endif;

endif;

endprocessp_div;

end;

在进程中，clk0为原始频率50mhz，进程P_REG为分频，进程P_DIV为整形，最后通过输出Y端口，输出为1000HZ；

仿真波形如图示

2）设计数控分频

下面即为计数频率（10HZ），CLK即为上面的输出Y频率1000HZ，而CLK经过数控分频后即为10HZ的频

率，CLK1就可作为LED灯的循环显示频率。

（数控分频）程序如下：

H1:

PROCESS（CLK,EN）

BEGIN

IFEN='1'ANDZT='0'THEN

ifCLK'eventandCLK='1'then

IFF="11111111"THENF<=DIN8;D<='1';

ELSEF<=F+1;D<='0';

ENDIF;ENDIF;endif;

ENDPROCESSH1;

H2:

PROCESS（D）

VARIABLECL:

STD_LOGIC;

BEGIN

IFD'EVENTANDD='1'THEN

CL:

=NOTCL;

IFCL='1'THENCLK1<='1';

ELSECLK1<='0';

ENDIF;ENDIF;

ENDPROCESSH2;

仿真波形图如下

通过DIN8置数，来再次对1000HZ的频率进行任意分频，CLK为频率，CLK1频率为数控分频之后的10HZ的时钟。

3）LED灯循环设计

接下来就是，在频率分出来后，设计led灯的循环显示了，碍于我们肉眼的可视能力，我只用频率小一些的，led灯循环显示的程序如下：

JA:

PROCESS（CLK1,RES,EN）

begin

IFRES='1'THENA<='1';LEDD<=（OTHERS=>'1'）;

ELSifCLK1'eventandCLK1='1'then

IFEN='1'ANDZT='0'THEN

IFA='1'THENA<='0';LEDD<="11111110";

ELSELEDD（0）<=LEDD（7）;LEDD（7DOWNTO1）<=LEDD（6DOWNTO0）;

endif;

ENDIF;

ENDIF;

REG8（7DOWNTO0）<=LEDD（7DOWNTO0）;

endprocessJA;

仿真波形如下示

通过波形可以很清楚的看到，len灯移动清楚明了，接下来就是其他的了。

4）数码管扫频

JB:

process（clk）

begin

ifclk'eventandclk='1'then

ifwei=7thenwei<="000";

elsewei<=wei+1;

endif;endif;

endprocess;

JC:

process（wei）

begin

caseweiis

WHEN"000"=>LED8<="00000001";

WHEN"001"=>LED8<="00000010";

WHEN"010"=>LED8<="00000100";

WHEN"011"=>LED8<="00001000";

WHEN"100"=>LED8<="00010000";

WHEN"101"=>LED8<="00100000";

WHEN"110"=>LED8<="01000000";

WHEN"111"=>LED8<="10000000";

whenothers=>null;

ENDCASE;

ENDPROCESSJC;

仿真波形如下

在理论上，频率足够大时，实现动态扫频数码管，在波形中还是能勉强看得见的，虽然不是很好，当然在后面的整体波形中，能很好的看出来。

5）8个数码管计数

JD:

PROCESS（RES,EN,CLK1）

variableaa0,aa1,aa2,aa3:

std_logic_vector（3downto0）;

variableaa4,aa5,aa6,aa7:

std_logic_vector（3downto0）;

BEGIN

IFRES='1'THEN

aa0:

=（OTHERS=>'0'）;aa1:

=（OTHERS=>'0'）;aa2:

=（OTHERS=>'0'）;aa3:

=（OTHERS=>'0'）;

aa4:

=（OTHERS=>'0'）;aa5:

=（OTHERS=>'0'）;aa6:

=（OTHERS=>'0'）;aa7:

=（OTHERS=>'0'）;

ELSifCLK1'eventandCLK1='1'then

IFEN='1'ANDZT='0'THEN

ifaa0<=9then

aa0:

=aa0+1;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9andaa2=9andaa3=9andaa4=9andaa5=9andaa6=9andaa7=9then

aa0:

=（others=>'0'）;aa1:

=（others=>'0'）;

aa2:

=（others=>'0'）;aa3:

=（others=>'0'）;

aa4:

=（others=>'0'）;aa5:

=（others=>'0'）;aa6:

=（others=>'0'）;aa7:

=（others=>'0'）;

elsenull;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9andaa2=9andaa3=9andaa4=9andaa5=9andaa6=9then

aa7:

=aa7+1;

aa0:

=（others=>'0'）;aa1:

=（others=>'0'）;

aa2:

=（others=>'0'）;aa3:

=（others=>'0'）;

aa4:

=（others=>'0'）;aa5:

=（others=>'0'）;

aa6:

=（others=>'0'）;

elsenull;endif;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9andaa2=9andaa3=9andaa4=9andaa5=9then

aa6:

=aa6+1;aa0:

=（others=>'0'）;

aa1:

=（others=>'0'）;aa2:

=（others=>'0'）;

aa3:

=（others=>'0'）;aa4:

=（others=>'0'）;

aa5:

=（others=>'0'）;elsenull;

endif;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9andaa2=9andaa3=9andaa4=9then

aa5:

=aa5+1;aa0:

=（others=>'0'）;

aa1:

=（others=>'0'）;aa2:

=（others=>'0'）;

aa3:

=（others=>'0'）;aa4:

=（others=>'0'）;

elsenull;endif;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9andaa2=9andaa3=9then

aa4:

=aa4+1;aa0:

=（others=>'0'）;

aa1:

=（others=>'0'）;aa2:

=（others=>'0'）;

aa3:

=（others=>'0'）;elsenull;

endif;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9andaa2=9then

aa3:

=aa3+1;aa0:

=（others=>'0'）;

aa1:

=（others=>'0'）;aa2:

=（others=>'0'）;

elsenull;endif;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9then

aa2:

=aa2+1;

aa0:

=（others=>'0'）;aa1:

=（others=>'0'）;

elseaa1:

=aa1+1;aa0:

=（others=>'0'）;

endif;endif;endif;endif;endif;

cc0<=aa0;cc1<=aa1;cc2<=aa2;cc3<=aa3;

cc4<=aa4;cc5<=aa5;cc6<=aa6;cc7<=aa7;

endprocessJD;

由于有8个数码管，程序太长，再就是每个数码管的显示都一样，就不必要逐一赘述了，就列一个好了。

就列第一个数码管的显示情况，至于剩下的7个数码管只是满足条件不一样而已，这个在后面总程序中在展示。

1号数码管显示部分例程

ifwei="000"then

casecc0is

when"0000"=>leds<="1000000";

when"0001"=>leds<="1111001";

when"0010"=>leds<="0100100";

when"0011"=>leds<="0110000";

when"0100"=>leds<="0011001";

when"0101"=>leds<="0010010";

when"0110"=>leds<="0000010";

when"0111"=>leds<="1111000";

when"1000"=>leds<="0000000";

when"1001"=>leds<="0010000";

whenothers=>null;

endcase;endif;

仿真波形

在图中leds即为数码管的段，有图可以很好的显示，在不同数码管上显示数值。

当然，此图是为了操作简便，只显示了部分数值结果。

下面呢，进行引脚分配，引脚很多啊，分配起来很麻烦，繁琐。

一定的细心。

6）引脚分配

在上图中，可见引脚之多，共25各引脚，有一个暂停键ZT没能显示出来，为了美观，那一个引脚就不在截图了，再次说明就是了。

五、设计流图

10hz为数码管计数

10hz时钟为led灯计数时钟

1000hz时钟分频为10hz时钟

50Mhz时钟分频为1000hz

1000hz时钟对数码管扫频

在实验板上进行验证，让老师打分

为程序分配端口引脚

八个数码管的数值显示情况

10hz下数码管显示数值条件

六、程序语言

libraryieee;

useIEEE.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

entitykcsis

port（CLKD:

instd_logic;

RES:

INSTD_LOGIC;--复位端

EN:

INSTD_LOGIC;--使能端

DIN8:

INSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;--置数任意分频

REG8:

OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;--发光二极管

led8:

outstd_logic_vector（7downto0）;--数码管选择

leds:

outstd_logic_vector（6downto0））;--数码段选择

endkcs;

architectureoneofkcsis

componentfenpin

port（CLKK:

instd_logic;--声明500hz信号

Y:

outstd_logic）;

endcomponent;

signalwei:

std_logic_vector（2downto0）;

signalcc0,cc1,cc2,cc3,cc4:

std_logic_vector（3downto0）;

signalcc5,cc6,cc7:

std_logic_vector（3downto0）;

SIGNALF:

STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;

SIGNALLEDD:

STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;

signalCLK1,D,A,CLK:

std_logic;

begin

U1:

fenpinportmap（CLKK=>CLKD,Y=>CLK）;

H1:

PROCESS（CLK,EN）

BEGIN

IFEN='1'ANDZT='0'THEN

ifCLK'eventandCLK='1'then

IFF="11111111"THENF<=DIN8;D<='1';

ELSEF<=F+1;D<='0';ENDIF;ENDIF;endif;

ENDPROCESSH1;

H2:

PROCESS（D）

VARIABLECL:

STD_LOGIC;

BEGIN

IFD'EVENTANDD='1'THENCL:

=NOTCL;

IFCL='1'THENCLK1<='1';

ELSECLK1<='0';ENDIF;ENDIF;

ENDPROCESSH2;

JA:

PROCESS（CLK1,RES,EN）

begin

IFRES='1'THENA<='1';LEDD<=（OTHERS=>'1'）;

ELSifCLK1'eventandCLK1='1'then

IFEN='1'THEN

IFA='1'THENA<='0';LEDD<="11111110";

ELSELEDD（0）<=LEDD（7）;

LEDD（7DOWNTO1）<=LEDD（6DOWNTO0）;

endif;ENDIF;ENDIF;

REG8（7DOWNTO0）<=LEDD（7DOWNTO0）;

endprocessJA;

JB:

process（clk）--数码管移动

begin

ifclk'eventandclk='1'then

ifwei=7thenwei<="000";

elsewei<=wei+1;endif;endif;

endprocess;

JC:

process（wei）

begin

caseweiis

WHEN"000"=>LED8<="00000001";

WHEN"001"=>LED8<="00000010";

WHEN"010"=>LED8<="00000100";

WHEN"011"=>LED8<="00001000";

WHEN"100"=>LED8<="00010000";

WHEN"101"=>LED8<="00100000";

WHEN"110"=>LED8<="01000000";

WHEN"111"=>LED8<="10000000";

whenothers=>null;

ENDCASE;

ENDPROCESSJC;

JD:

PROCESS（RES,EN,CLK1）

Variableaa0,aa1,aa2,aa3:

std_logic_vector（3downto0）;

variableaa4,aa5,aa6,aa7:

std_logic_vector（3downto0）;

BEGIN

IFRES='1'THEN

aa0:

=（OTHERS=>'0'）;aa1:

=（OTHERS=>'0'）;aa2:

=（OTHERS=>'0'）;aa3:

=（OTHERS=>'0'）;

aa4:

=（OTHERS=>'0'）;aa5:

=（OTHERS=>'0'）;aa6:

=（OTHERS=>'0'）;aa7:

=（OTHERS=>'0'）;

ELSifCLK1'eventandCLK1='1'then

IFEN='1'ANDZT='0'THEN

ifaa0<=9then

aa0:

=aa0+1;endif;

ifaa0>9then

ifaa1=9andaa2=9andaa3=9andaa4=9andaa5=9andaa6=9andaa7=9then

aa0:

=（others=>'0'）;aa1:

=（others=>'0'）;aa2:

=（others=>'0'）;aa3:

=（others=>'0'）;

aa4:

=（others=>'0'）;aa5:

=（others=>'0'）;aa6:

=（others=>'0'）;aa7:

=（others=>'