显示电路研发设计

1、第9章显示电路设计本章重点讨论输出结果在数码管上的显示。 电子线路输出一般都是 用灯的亮与不亮来表示输出的高低电平，这种显示不直观。数码管显 示能够更加直观、形象的描述现象。9.1两输入或门输出显示两输入或门是数字逻辑电路中最基本的门电路，电路图如下:真值表:aby000011101111两输入或门的程序设计可以有多种方式设计。输出结果主要通过38译码器译码转换为7段显示码的输入，其电路程序设计如下： 矚慫润 厲钐瘗睞枥庑赖。library ieee;use ieee.std _lo gic_1164.all;use ieee.std_logic_ un sig ned.all;*ENTIT

2、Y or1 ISPORT(a,b:IN STD_LOGIC;out_c: out stdo gic_vector(7 dow nto 0);out_38: out std_logic_vector(2 dow nto 0);END or1;*architecture rtl OF or1 ISsig nal y:std_logic;begi ny<=a OR b;out_38 <= "000"out_c <= "00111111" whe n y='O' else"00000110"END rtl;波

3、形图如下:9.2 3进制计数器上一章讲到过3进制计数器的设计原理，按照一般的显示需要两个 灯显示结果，在这里我们用一个数码管显示。 让读者能够更加直观的 理解3进制计数器的记数过程。其程序设计如下：聞創沟燴鐺險爱氇 谴净。顶层文件设计：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY dsp3 ISPORT(enable:IN STD_LOGIC;clk:IN STD_LOGIC;out_38: out std_logic_vector(2 downto 0);segment:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) );E

4、ND dsp3;ARCHITECTURE rt1 OF dsp3 ISCOMPONENT count3PORT(enable:IN STD_LOGIC;clk:IN STD_LOGIC;q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);END COMPONENT;SIGNAL q:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINU0:count3 PORT MAP(enable,clk,q);out_38 <= "000"segment <= "00111111" when q="00&quo

5、t; else"00000110" when q="01" else"1011011"END rt1;再该程序中用 COMPONENT 命令调用了 3 进制计数器的设计程 序，其程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY count3 ISPORT(enable:IN STD_LOGIC;clk:IN STD_LOGIC;q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);END count3

6、;ARCHITECTURE rt1 OF count3 ISSIGNAL q_tmp:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGIN process(clk) beginIF(clk'event and clk='1')thenif(enable='1')then if(q_tmp="10")thenq_tmpv=(others二>'0');elseq_tmp<=q_tmp+1;end if;end if;end if;q<=q_tmp;end process;end rt1;波

7、形图如下：100 .On? 200.0ns300.0ns00 .Uns GDO.Dns 600.0n57 CD. 0ns 800.0ns900. DdllIIhdIenablef elk0 ou)302. .3601-tv segmantG segmenl5 segment-e segment segment segmenll ssgmenlO1 訂1aHOii19.3 24进制计数器24进制计数器显示和3进制计数器的显示思路一样。不同之处在 于前者需要两个数码管，在设计时必须考虑选择数码管。在任何自顶 向下的VHDL设计描述中，设计人员常常将整个设计的系统划分为 几个模块，然后采用结构描述方

8、式对整个系统进行描述。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。顶层结构体的VHDL源代码24 进制计数器显示程序设计过程中就包含了记数部分、 显示部分。 另外为了使记数准确， 我们必须要获得稳定的频率， 即还包括稳定的 频率源部分。下面我们给出顶层结构体的 VHDL 源代码。其中 3 个 模块以元件的形式给出， 首先在结构体的说明部分进行元件说明， 然 后在结构体中进行例化调用。 同时在结构体的说明部分定义了中间信 号，主要用来在模块之间传递信息 。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.

9、ALL;ENTITY clock ISPORT(clk:IN STD_LOGIC;enable:IN STD_LOGIC;sel:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);segment:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END clock;ARCHITECTURE rt1 OF clock ISCOMPONENT clk_div1000 PORT(clk:IN STD_LOGIC;clk_div:out STD_LOGIC);end component;component count24PORT(enable:IN STD_LOGIC;

10、clk0:IN STD_LOGIC;qh:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);ql:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);end component;component displayPORT(clk:IN STD_LOGIC;qh:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);ql:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); sel:out STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);segment:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); end com

11、ponent;signal qh: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); signal ql: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);signal clk0:STD_LOGIC;beginu0:clk_div1000 PORT MAP(clk,clk0);u1:count24 PORT MAP(enable,clk0,qh,ql);u2:display PORT MAP(clk,qh,ql,sel,segment);end rt1;9.3.2 频率源 VHDL 源代码为了获得的稳定的频率源，我们才用 1000 赫兹频率作为输入，用 1000 进制 计数

12、器分频得到 1 赫兹频率。其程序如下： 彈贸摄尔霁毙攬砖卤 庑。LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY clk_div1000 ISPORT(clk:IN STD_LOGIC;clk_div:out STD_LOGIC);END clk_div1000;ARCHITECTURE rt1 OF clk_div1000 ISSIGNAL q_tmp:integer range 0 to 999;BEGINprocess(clk)beginIF(clk'event and

13、clk='1')thenif(q_tmp=999)thenq_tmp<=0;elseq_tmp<=q_tmp+1;end if;end process;process(clk)beginIF(clk'event and clk='1')thenif(q_tmp=999)thenclk_div<='1'elseclk_div<='0'end if;end if;end process;end rt1;9.3.3 计数部分 VHDL 源代码24 进制计数器的计数主要是 24 进制，在这里我们把 24 分

14、为个位 和十位设计。其 VHDL 源代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY count24 ISPORT(enable:IN STD_LOGIC;clk0:IN STD_LOGIC;-cout:out STD_LOGIC;qh:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);ql:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END count24;ARCHITECTURE rt1 OF count24 ISSIGNAL qh_

15、temp,ql_temp:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);謀荞 抟箧飆鐸怼类蒋薔。BEGINprocess(clk0)beginIF(clk0'event and clk0='1')thenif (enable='1') thenif (qh_temp="0010" and ql_temp="0011") then qh_temp<="0000"ql_temp<="0000"elseif (ql_temp="1001"

16、) then ql_temp<="0000"qh_temp<=qh_temp+1;elseql_temp<=ql_temp+1;end if;end if;qh二qh_temp;qlv二ql_temp;end process;end rt1;934显示模块VHDL源代码显示模块的输入信号主要来自于计数部分的输出信息。在输出信号中，我们采用循环点亮两个 LED七段显示数码管显示输出。我们通 过信号来进行2个LED七段显示数码的选择，从而将输出信号送到 相应的LED七段显示数码上完成24进制计数器的结果显示。模块框 图如下： 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。qhql计时

17、位选电路qOqlq3七段显示译码segment0 se呂ment1 segment 2 segmen13 segment4 segment5 segment 6enablecount8R Q 衣elCLK从图中可以看出，显示模块有四个部分构成：八进制计数器、计时位选择电路、七段显示译码电路。在外部时钟信号 clk 的作用下， 8 进制计数器的输出从 000 到 111 按顺序循环变化，输出信号为se。信号seI作为计时位选择电路的选 择信号，用来选择对应位的数据并将其转换为四位位矢量。 最后将计 时位选择电路的输出信号 q 送到七段显示译码电路的输入端口， 将其 转换成用来点燃 LED 七段显

18、示数码管的 segment 信号 。 茕桢广鳓鯡选块网羈 泪。下面描述显示模块中的四个子电路，然后描述其总体功能。 8 进 制计数器 VHDL 源代码：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY count8 ISPORT(cIk:IN STD_LOGIC;seI:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);END count8;ARCHITECTURE rt1 OF count8 ISSIGNAL seI_tmp:STD_LOGIC_VECTOR(2 DO

19、WNTO 0);BEGINprocess(cIk)beginIF(cIk'event and cIk='1')thenif(seI_tmp="111")thensel_tmp<=(others=>'0');elsesel_tmp<=sel_tmp+1;end if;end if;sel<=sel_tmp;end process;end rt1;计时位选择电路的功能是根据 8 进制计数器的计数输出的选择信 号来选择对应计时显示位的计时数据， 作为送致七段显示译码电路的 输入数据。在计时位选择电路中我们要将输入数据

20、都转化成 4 位宽度 的数据。其 VHDL 源代码如下： 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY time_choose ISPORT(sel:IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);qh:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);ql:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END time_choose;ARCHITECTURE rt1 OF time_choose ISBE

21、GINPROCESS(sel,qh,ql)BEGINCASE sel ISWHEN "000"=>q<=ql;WHEN "001"=>q<=qh;WHEN OTHERS=>q<="XXXX"END CASE;END PROCESS;END rt1;七段显示译码电路的功能是将显示的数据转换成用来点燃LED七段显示数码管的segment信号。其VHDL源代码如下:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY seg7 ISPORT(q:IN STD_LO

22、GIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);segment:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END seg7;ARCHITECTURE rt1 OF seg7 ISBEGINPROCESS(q)BEGINCASE q ISWHEN "0000"=>segment<="0111111"WHEN "0001"=>segment<="0000110"WHEN "0010"=>segment<="1011011"

23、WHEN "0011"=>segment<="1001111"WHEN "0100"=>segment<="1100110"WHEN "0101"=>segment<="1101101"WHEN "0110"=>segment<="1111101"WHEN "0111"=>segment<="0100111"WHEN "1000

24、"=>segment<="1111111"WHEN "1001"=>segment<="1101111"WHEN OTHERS=>segment<="XXXXXXX"END CASE;END PROCESS;END rt1;下面对 24进制计数器显示模块总体功能描述。 在描述 24 进制计数 器显示模块时， 我们以引用元件的形式来调用以上描述的子电路。 其 VHDL 源代码如下： 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY display ISPORT(clk:IN STD_LOGIC;qh:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); ql:IN STD_LOGIC_