数码管扫描显示控制器设计与实现――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月数字电路与逻辑设计·实验报告第2页索引一．实验目的............................................................................................................3二．实验所用仪器及元器件......................................................................................3三．实验任务要求.....................................................................................................3四．实验设计思路及过程..........................................................................................41.实验原理..................................................................................................................................42.设计思路..................................................................................................................................43.VHDL代码................................................................................................................................5A.实验任务1...........................................................................................................................5B.实验任务2-I.........................................................................................................................8C.实验任务2-II......................................................................................................................11五．仿真波形及分析...............................................................................................121.仿真波形................................................................................................................................12①实验任务1........................................................................................................................12②实验任务2-I......................................................................................................................133.波形分析................................................................................................................................17①实验任务1........................................................................................................................17②实验任务2-I......................................................................................................................17六．故障及问题分析...............................................................................................181.频率设置问题....................................................................................................................182.触发问题............................................................................................................................183.逻辑实现问题....................................................................................................................18七．本实验总结与结论...........................................................................................19八．学期总结..........................................................................................................19九．参考文献..........................................................................................................19数字电路与逻辑设计·实验报告第3页一．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：012345－123450－234501－345012－450123－501234－012345II.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。数字电路与逻辑设计·实验报告第4页四．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。数字电路与逻辑设计·实验报告第5页3.VHDL代码A.实验任务1①实现代码--2kHz分频器libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitydiv2kisport(clk_in:instd_logic;clk_out:outstd_logic);end;architectureaofdiv2kissignalcnt:integerrange0to999;signalclk_tmp:std_logic;beginprocess(clk_in)beginif(clk_in'eventandclk_in='1')thenifcnt=999thencnt=0;clk_tmp=notclk_tmp;elsecnt=cnt+1;endif;endif;endprocess;clk_out=clk_tmp;end;数字电路与逻辑设计·实验报告第6页--SCAN_LED:LED动态扫描LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYSCAN_LEDISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;SG:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);BT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0));END;ARCHITECTUREarcOFSCAN_LEDIScomponentdiv2kport(clk_in:instd_logic;clk_out:outstd_logic);endcomponent;SIGNALCNT6:INTEGERRANGE0TO6;SIG