数码管显示与控制功能

1、数码管显示与控制功能目录一： 设备简介1：SOPC简介2：CPLD简介3：软件介绍二：设计原理三： 主要内容1、无选位的3位显示2、带选位的3位数码管稳定显示3、带有清零和暂停的3位数码管计数（最终功能）四：总结和体会一： 设备简介I：SOPC简介SOPC(System On Programmable Chip)即可编程的片上系统，或者说是基于大规模FPGA的单片系统。SOPC的设计技术是现代计算机辅助设计技术、EDA技术和大规模集成电路技术高度发展的产物。SOPC技术是将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速系统、DSP系统、数字通信系统、存储电路以及普

2、通数字系统等，在单一FPGA中嵌入实现。大量采用IP复用、软硬件协同设计、自顶向下和自底向上混合设计的方法，边设计、边调试、边验证原本需要写上几千行的VHDL代码的功能模块，通过嵌入IP核后，只需几十行C代码即可实现。因此，可以使得整个设计在规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化。         传统的设计技术已经很难满足系统化、网络化、高速度、低功耗、多媒体等实际需求，SOPC（片上可编程系统）可将处理器、存储器、外设接口和多层次用户电路等系统设计需要的功能模

3、块集成到一块芯片上，因其灵活、高效、设计可重用特性，已经成为集成电路未来的发展方向，广泛应用到汽车、军事、航空航天、广播、测试和测量、消费类电子、无线通信、医疗、有线通信等领域。         SOPC技术是一门全新的综合性电子设计技术，涉及面广。因此在知识构成上对于新时代嵌入式创新人才有更高的要求，除了必须了解基本的EDA软件、硬件描述语言和FPGA器件相关知识外，还必须熟悉计算机组成与接口、汇编语言或C语言、DSP算法、数字通信、嵌入式系统开发、片上系统构建与测试等知识。显然，知识面的拓宽必然推动电子信息及工程类各学科

4、分支与相应的课程类别间的融合，而这种融合必将有助于学生的设计理念的培养和创新思维的升华。II：CPLD简介CPLD（Complex Programmed Logical Device）直接翻译就是复杂可编程逻辑器件。CPLD进行一次下载编程（写入操作）后，其逻辑门组合方式就保存下来，不管什么时候断电，通电，他都可以执行上一次的逻辑功能；CPLD更适合完成各种组合逻辑；CPLD的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程, 在编程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不

5、丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程两类；CPLD保密性好。III：软件介绍这次所作课题所用的软件是Quartus II，Quartus软件包是MAX+plus的升级版本，Altera公司的第四代开发软件。其提供了一个完整高效的设计环境，非常适应具体的设计需要。Quartus提供了方便的设计输入方式、快速的编译和直接易懂的器件编程。能够支持逻辑门数在百万门以上的逻辑器件的开发，并且为第三方工具提供了无缝接口。Quartus支持的器件有：Stratix 、Stratix GX、Stratix、Mercury、MAX3000A、MAX 7000B、MAX 7000S、MAX 7000A

6、E、MAX 、FLEX6000、FLEX10K、FLEX10KA、FLEX10KE、Cyclone、Cyclone 、APEX 、APEX20KC、APEX20KE和ACEX1K系列。Quartus软件包的编程器是系统的核心，提供功能强大的设计处理，设计者可以添加特定的约束条件来提高芯片的利用率。在设计流程的每一步，Quartus软件能够引导设计者将注意力放在设计上，而不是软件的使用上。同时，自动的错误定位、完备的错误和警告信息，使设计修改变得简单容易。另外，Quartus可与MATLAB的Simulink和DSP Builder结合，是开发DSP硬件系统的关键EDA工具，Quartus与SO

7、PC Builder结合，能够开发SOPC（System On a Programmable Chip）系统，是一款很有发展前途的EDA软件。二：设计原理 此次的课题是：以CPLD电路为核心，实现数码管显示与控制功能；我们所制定的主要功能是显示3位的数码管计数，并且带有清零和暂停功能。 首先，我们要让数码管计数一定要有一个计数信号，我们想让数码管1秒计一次，那它的频率就应该为1HZ。但是这个信号不能直接得到，只能通过分频来得到；我们是通过Interface B中的场频信号vVref来分频得到的。其次，我们做的是动态扫描，就是一位位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器来说，每隔一段时间

8、电量一次，因此，我们还要一个选位信号，我们知道人眼的临界闪烁频率是50HZ，现在我们做的是3位计数，所以位选信号只要高于150HZ，我们人眼就不会感受到闪烁的现象。因此，我们选择了Interface B中的行频信号vHref，因为它的频率是25KHZ,它高于150HZ，所以我们没有选择分频直接用它来产生位选信号。我们进行编程的时候，我们不是直接就来编最后的3位有选位的计数。我们第一个编的是没有选位选信号的计数，我们直接将位选信号seg_c1、seg_c2、和seg_c3置零；实现的最基本的功能就是能让3个数码管同时一起计数，也就是3个数码管同时从0开始加一计数，到了9再变成0。我们第二个编程的

9、是有了选位信号，但是没有把计数的功能加进去，直接把要显示的数字送到数码管seg，实现的功能就是显示稳定的数字。我们最后编程的是把前面两个功能联合起来，就是显示稳定的3位数码管计数，然后再加上了清零和暂停的功能。三： 主要内容1、无选位的3位显示 第一次进行的编程就是无选位的3位数码管显示，就是直接将seg_c1、seg_c2、和seg_c3置零；因此，我们只需要一个计数信号，我们是用原先较高频率的场频来进行分频得到计数信号count_in(1HZ)。 模块和程序如下： p0: process(vVREF) begin if (vVREF'event and vVREF='1&#

10、39; ) then 场频是20ms，所以只要计50就可以得到 count为1S。 if(count_in<49) then count_in<=count_in+1; else count<=not count; count_in<=0; end if; end if; end process;p1: process(count,key) begin if key="1101" then temp<="0000" seg<="01111110" elsif( count'event and

11、 count='1') then case temp is when"0000"=>seg<="01111110" 采用的是共阴，所以”1”电平有效 when"0001"=>seg<="00001100" when"0010"=>seg<="10110110" when"0011"=>seg<="10011110" when"0100"=>seg&

12、lt;="11001100" when"0101"=>seg<="11011010" when"0110"=>seg<="11111010" when"0111"=>seg<="00001110" when"1000"=>seg<="11111110" when"1001"=>seg<="11011110" when

13、others=>seg<="11111111"end case; if temp="1001" then temp<="0000" else temp<=temp+1; end if; end if; end process ;2、带选位的3位数码管稳定显示 我们采用的是动态扫描，并且；利用的是数码管的共阴原理。 首先要有一个位选信号，我们选用的是行频vHerf，用它来产生位选信号不会产生闪烁感，超过了人眼的临界闪烁频率。p1:process(vHREF) begin if (vHREF='1'

14、 and vHREF'event) then 3个数码管，先得到状态位weixuan,分别位0，1，2时选中个位，十位和百位。 if weixuan<2 then （即产生动态扫描的分频） weixuan<=weixuan+1; else weixuan<=0; end if; end if;end process p1;p2: process(weixuan) 动态扫描，weixuan为0时个位计数，此时ztai=“110”，即seg_c3=0,seg_c2=1,seg_c1= 1; 以此类推。begin case weixuan is when 0=>zta

15、i<="110" when 1=>ztai<="101" when 2=>ztai<="011" when others=>ztai<="111" end case;end process p2；p3: process(weixuan) begin case weixuan iswhen 0=>seg<="00001100" when 1=>seg<="11111110"when 2=>seg<=&

16、quot;11011010"when others=>seg<="00000000"end case;end process p3;3、带有清零和暂停的3位数码管计数（最终功能）我们把由场频vVref分频得到的计数信号counter（1HZ）和由行频vHref分频得到的选位状态信号weixuan（3个状态，分别0、1、2）都作为内部信号。计数信号counter做为时钟进行加一计数，通过位选信号ztai来选中哪一位计数并利用动态显示原理在3位LED数码管上无闪烁稳定地显示每秒加一的计数功能。 得计数信号： p0:process(clkin) -分频(得计

17、数信号count 为1HZ) begin if (clkin='1' and clkin'event) then clkin为场频vVref if counter_in<49 then counter_in<=counter_in+1; else counter_in<=0; count<= not count; end if; end if;end process;得选位信号：p1:process(clkin2) begin if (clkin2='1' and clkin2'event) then clkin2行频vH

18、ref if weixuan<2 then weixuan<=weixuan+1; else weixuan<=0; end if; end if;end process p1;p2: process(weixuan) begin case weixuan is when 0=>ztai<="110" when 1=>ztai<="101" when 2=>ztai<="011" when others=>ztai<="111" end case;e

19、nd process p2;计数过程：p3: process(count,key) begin if key="1110" then 第一排键清零，第二排键暂停。 shuzi1<="0000" seg1<="01111110" elsif key="1101" then seg1<=seg1; elsif( count'event and count='1') then case shuzi1 is when"0000"=>seg1<=&qu

20、ot;01111110" 个位计数 when"0001"=>seg1<="00001100" when"0010"=>seg1<="10110110" when"0011"=>seg1<="10011110" when"0100"=>seg1<="11001100" when"0101"=>seg1<="11011010" wh

21、en"0110"=>seg1<="11111010" when"0111"=>seg1<="00001110" when"1000"=>seg1<="11111110" when"1001"=>seg1<="11011110" when others=>seg1<="11111111" end case; if shuzi1="1001"

22、 then shuzi1<="0000" else shuzi1<=shuzi1+1; end if; end if; end process p3;p4: process(count,key) begin if key="1110" then shuzi2<="0000" seg2<="01111110" elsif key="1101" then seg2<=seg2; elsif( count'event and count='1')

23、then case shuzi2 is when"0000"=>seg2<="01111110" 十位计数 when"0001"=>seg2<="00001100" when"0010"=>seg2<="10110110" when"0011"=>seg2<="10011110" when"0100"=>seg2<="11001100"

24、when"0101"=>seg2<="11011010" when"0110"=>seg2<="11111010" when"0111"=>seg2<="00001110" when"1000"=>seg2<="11111110" when"1001"=>seg2<="11011110" when others=>seg2<=

25、"11111111" end case; if (shuzi1="1001" and shuzi2/="1001") then shuzi2<=shuzi2+1; elsif(shuzi1="1001" and shuzi2="1001") then shuzi2<="0000" end if; end if; end process p4;p5: process(count,key) begin if key="1110" then shuz

26、i3<="0000" seg3<="01111110" elsif( count'event and count='1') then case shuzi3 is when"0000"=>seg3<="01111110" 百位计数 when"0001"=>seg3<="00001100" when"0010"=>seg3<="10110110" when"

27、0011"=>seg3<="10011110" when"0100"=>seg3<="11001100" when"0101"=>seg3<="11011010" when"0110"=>seg3<="11111010" when"0111"=>seg3<="00001110" when"1000"=>seg3<=&

28、quot;11111110" when"1001"=>seg3<="11011110" when others=>seg3<="11111111" end case; if (shuzi1="1001" and shuzi2="1001" and shuzi3/="1001")then shuzi3<=shuzi3+1; elsif(shuzi1="1001" and shuzi2="1001"

29、and shuzi3="1001") then shuzi3<="0000" end if;end if; end process p5;p6: process(weixuan,seg1,seg2,seg3) begin case weixuan is when 0=>seg<=seg1; when 1=>seg<=seg2; when 2=>seg<=seg3; when others=>seg<="00000000" end case;end process p6;四：总结和体会 这次的工