实验三七段数码显示译码器设计.docx
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实验三七段数码显示译码器设计.docx
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实验三七段数码显示译码器设计
实验三七段数码显示译码器设计
一、实验目的
1、了解显示译码器的结构和理解其工作原理。
2、学习7段数码显示译码器设计。
3、学习VHDL的多层次设计方法。
二、实验仪器
PC机,操作系统为Windows2000/XP,本课程所用系统均为WindowsXP(下同),QuartusII5.1设计平台。
GW48系列SOPC/EDA实验开发系统。
三、实验原理
1、七段字符显示器
为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据,
符显示器有七段可发光的线段拼合而成。
常见的七段字符显示器有半导体数码管和液晶显示器两种。
图3-1是半导体数码管BS201A外形图,这种数码管的每个线段都是一个发光二极管(LightEmittingDiode,简称LED),因而把它叫做LED数码管或LED七段显示器。
图3-1
发光二极管使用的材料与普通的硅二极管和锗二极管不同,有磷砷化镓,磷化镓,砷化镓等几种,而且半导体中的杂质浓度高。
当外加正电压时,大量的电子和空穴在扩散过程中复合,其中一部分电子从导带跃迁到价带,把多余的能量以光的形式释放出来,便发出一定波长的可见光。
磷砷化镓发光二极管发出光线的波长与磷和砷的比例有关,含磷的比例越高波长越短,同时效率也随之降低。
目前生产的磷砷化镓发光二极管发出的光线波长在6500ā左右,呈橙红色。
另外一种常用的七段字符显示器是液晶显示器(LiquidCrystalDisplay,简称LCD)。
液晶是一种即具有液体的流动性有具有光学特性的有机化合物。
它的透明度和呈现的颜色手外加电场的影响,利用这一特点边可作成字符显示器。
在没有外加电场的情况下,液晶分子按一定取向整齐地排列着,这时液晶为透明状态,射入的光线大部分由反射电极反射回来,显示器呈白色。
在电极上加上电压后,液晶分子因电离而产生正离子,这些正离子在电场的作用下运动并碰撞其他液晶分子,破坏了液晶分子的整齐排列,使液晶呈现混浊状态。
这时射入的光线散射后仅有善良反射回来,故显示器呈暗灰色。
这样现象称为动态散射效应。
外加电场消失有,液晶又恢复到整齐排列的状态。
如果将七段透明的电极排列成8字形,那么只要选择不同的电极组合并加一正电压,便能显示各种来。
本实验我们采用了半导体数码管,即LED。
2、具体原理
7段数码是纯组合电路,通常的小规模专用IC,如74或4000系列的器件只能作十进制BCD码译码,然而数字系统中的数据处理和运算都是2进制的,所以输出表达都是16进制的,为了满足16进制数的译码显示,最方便的方法就是利用译码程序在FPGA/CPLD中来实现。
但为了简化过程,首先完成7段BCD码译码器的设计。
如图3-1作为7段BCD码译码器,输出信号LED7S的7位分别接如图3-1数码管的7个段,高位在左,低位在右。
例如当LED7S输出为“1101101”时,数码管的7个段:
g、f、e、d、c、b、a分别接1、1、0、1、1、0、1;接有高电平的段发亮,于是数码管显示“5”。
四、实验步骤
1、根据我们所用实验箱的电路特点,本实验我们选用模式6来进行本次实验,用数码8显示译码输出(PIO46-PIO40),键8/7/6/5四位控制输入,硬件验证译码器的工作性能。
(实验前检查实验箱左下拨动开关DIP4向下,数码管下拨动开关全部向上)模式6原理图如图3-2(选择模式6后,按系统复位键复位)
图3-2模式6电路图
2、新建工程
第一步参照前例,因在本次实验中需用到芯片,所以还要设定一些其他参数。
前两个实验到这里直接点击“Finish”完成一个工程的建立,现在点击“Next”来调用芯片。
点击“Next”
选择芯片类型,这次选择“ACEX1K”
点击“Next”。
再点击“Next”
点击“Finish”完成工程建立。
这里在工程的建立中同时确定了要用到的芯片型号及一些参数。
3、程序输入及编译
新建文件并输入程序(同第二个实验)并进行编译。
4、管脚分配与锁定:
程序通过编译成功后,根据模式6电路的连接方法,具体查EDA/SOPC技术实验讲义附录第三节(P55),GWAK30/50—EP1K30/20/10TQC144芯片管脚说明,点击Tools->programmer,或点击菜单栏中的快捷键
出现如下界面:
点击“HardwareSetup…”
如果没有显示硬件,点击“AddHardware…”添加硬件,然后点击“Close”。
添加硬件之后,就要进行管脚分配了,点击“Assignments->pins”,如下图:
点击“new”添加信号名称,及锁定管脚,如下图:
5、程序下载:
分配管脚之后要进行编译,编译通过之后在窗口菜单中点击
在“program/Configure”栏下方的小方框中打勾,最后点击“Start”进行程序下载,
五、问题讨论与提高
1、将本实验改成16进制7段译码器重复以上步骤。
2、讨论语句WHENOTHERS=>NULL的作用。
对于不同的VHDL综合器,此句是否具有相同含义和功能?
3、实验报告:
根据以上的实验内容写出实验报告,包括程序设计、软件编译、仿真分析、硬件测试和详细实验过程;设计原程序,程序分析报告、仿真波形图及其分析报告。
附录:
程序清单:
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYDecL7SIS
PORT(A:
INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
LED7S:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));
END;
ARCHITECTUREoneOFDecL7SIS
BEGIN
PROCESS(A)
BEGIN
CASEA(3DOWNTO0)IS
WHEN"0000"=>LED7S<="0111111";--X"3F"'0
WHEN"0001"=>LED7S<="0000110";--X"06"'1
WHEN"0010"=>LED7S<="1011011";--X"5B"'2
WHEN"0011"=>LED7S<="1001111";--X"4F"'3
WHEN"0100"=>LED7S<="1100110";--X"66"'4
WHEN"0101"=>LED7S<="1101101";--X"6D"'5
WHEN"0110"=>LED7S<="1111101";--X"7D"'6
WHEN"0111"=>LED7S<="0000111";--X"07"'7
WHEN"1000"=>LED7S<="1111111";--X"7F"'8
WHEN"1001"=>LED7S<="1101111";--X"6F"'9
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
ENDPROCESS;
END;
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