EDA课程设计八位数码管扫描显示电路的设计_图文

1、EDA技术及应用课程设计报告题 目： 八位数码管扫描显示电路的设计 院 （系）： 机电与自动化学院 专业班级： 电气自动化技术1001 学生姓名： 学 号： 20102822018 指导教师： 何为 2012年 6月10日至2012年 6月23日EDA技术及应用课程设计任务书一、设计题目八位数码管扫描显示电路的设计二、设计主要内容本课题要求掌握使用Quartus II设计数字系统的设计思路和设计方法。学习VHDL基本逻辑电路的综合设计应用。掌握VHDL语言的语法规范，掌握时序电路描述方法。掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法。设计一个八位数码管共阴极动态扫描显示控制电路，要求显示学生自己

2、的学号。利用实验室设备完成系统设计并进行运行调试。1、具体设计内容如下：（1）静止显示学号；（2）动态循环显示学号。2、提供设计报告，报告要求包括以下内容：设计思路、设计输入文件、设计与调试过程、模拟仿真结果和设计结论。三、原始资料1、LED显示模块原理LED有段码和位码之分，所谓段码就是让LED显示出“8.”的八位数据，一般情况下要通过一个译码电路，将输入的4位2进制数转换为与LED显示对应的8位段码。位码也就是LED的显示使能端，对于共阳级的LED而言，高电平使能。要让8个LED同时工作，显示数据，就是要不停的循环扫描每一个LED，并在使能每一个LED的同时，输入所需显示的数据对应的8位段

3、码。虽然8个LED是依次显示，但是受视觉分辨率的影响，看到的现象是8个LED同时工作。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。2、系统结构图信号名与芯片引脚对照表硬件资源元件引脚EP3C引脚序号电路使用说明LED数码显示A133该部分电路为固定电路。使用LED数码显示时请按照器件引脚分配表进行引脚分配后再下载到芯片中。B135C136D137E138F141G142Dp12874LS138S1125S2126S31273、LED连接图4、课程设计

4、使用设备（1）EDA及SOPC综合实验平台；（2）导线若干；（3）PC机；（4）Quartus II开发工具软件。四、要求的设计成果（1）根据控制要求设计硬件电路原理图。（2）编写用于系统仿真的VHDL源程序。（3）系统仿真及验证结果。（4）编写EDA技术及应用课程设计报告，课程设计报告内容包括： 设计方案、课程设计过程和设计思想、方法、原理。 画出系统的原理图。 VHDL语言程序及仿真波形。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。 可编程控制器技术课程设计报告可以手写，也可以用电脑编排打印，报告格式按照

5、华中科技大学武昌分校课程设计管理办法执行。课程设计报告要求内容正确完整，图表清晰，叙述简明，语句通顺，字数不得少于2000汉字。 课程设计报告按封面、任务书、设计说明书、图纸、实物照片贴页（实物照片贴在A4复印纸上）、成绩评定表的顺序装订。五、进程安排内容时间下达课程设计任务书。讲解课程设计的任务与要求、进度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料。学生到实验室熟悉设备。1天搜集资料、方案论证、初步设计。1天设计VHDL语言程序。2天在实验装置上进行硬件测试。3天方案优化、总结完善、整理资料、撰写课程设计报告。2天答辩、课程设计总结。1天共计10天（2周）六、主要参考资料1 郑燕，赫建国. 基于

6、VHDL与Quartus II软件的可编程逻辑器件应用于开发.北京:国防工业出版社，2011.2 Altera. Pin Information for the Cyclone III EP3C10 Device. San José:Altera Corp，2008.3 潘松，黄继业.EDA技术实用教程VHDL版.北京:科学出版社，2010.指导教师（签名）：20 年 月 日目 录1.课程设计题目及要求.71.1课程设计题目.71.2课程设计要求.71.3系统总体方案设计.72. LED的工作原理.82.1 LED工作原理.82.2 LED动态扫描显示原理.93.系统设计.93.1硬

7、件电路设计.93.2 VHDL代码设计.94.运行调试.,134.1时序仿真.134.2 硬件逻辑验证.,154.3调试结果分析.164.4 调试中出现的问题及解决方法.165 总结.,166.参考文献.177. 附录1系统硬件电路图.18附录2实物照片.191.课程设计题目及要求1.1课程设计题目八位数码管静态扫描显示电路的设计1.2课程设计要求本课题要求掌握使用Quartus II设计数字系统的设计思路和设计方法。学习VHDL基本逻辑电路的综合设计应用。掌握VHDL语言的语法规范，掌握时序电路描述方法。掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法。设计一个八位数码管共阴极动态扫描显示控制电路

8、，要求显示学生自己的学号。利用实验室设备完成系统设计并进行运行调试。1.3系统总体方案设计编程、下载自动优化布局布线适配VHDL逻辑综合优化生成VHDL源程序设计流程图如下 ： 首先，我们要对所要设计的 八位数码管静态扫描显示电路充分理解，同时在了解了所给的硬件器材的基础上需进行“源程序的编辑和编译” 用一定的逻辑表达手段将设计表达出来；其次要进行“逻辑综合” 将用一定的逻辑表达手段表达出来的设计，经过一系列的操作，分解成一系列的基本逻辑电路及对应关系；然后要进行“目标器件的布线适配” 在选定的目标器件中建立这些基本逻辑电路及对应关系；最后，目标器件的编程下载 将前面的软件设计经过编程变成具体

9、的设计系统，同时在设计过程中要进行有关“仿真” 模拟有关设计结果，看是否与设计构想相符。 系统结构框图如下：硬件资源元件引脚EP3C引脚序号电路使用说明LED数码显示A133该部分电路为固定电路。使用LED数码显示时请按照器件引脚分配表进行引脚分配后再下载到芯片中。B135C136D137E138F141G142Dp12874LS138S1125S2126S31272. LED的工作原理2.1 LED工作原理LED为分段式半导体显示器，通常称为七段发光二极管显示器。下图为七段发光二极管显示器共阴极和共阳极的电路图。对共阴极显示器的公共端应接地，给a-g输入相应高电平，对应字段的发光二极管显示十

10、进制数；对共阳极的公共端应接+5V电源，给a-g输入端相应低电平，对应字段的发光二极管也显示十进制数。2.2 LED动态扫描显示原理LED有段码和位码之分，所谓段码就是让LED显示出“8.”的八位数据，一般情况下要通过一个译码电路，将输入的4位2进制数转换为与LED显示对应的8位段码。位码也就是LED的显示使能端，对于共阳级的LED而言，高电平使能。要让8个LED同时工作，显示数据，就是要不停的循环扫描每一个LED，并在使能每一个LED的同时，输入所需显示的数据对应的8位段码。虽然8个LED是依次显示，但是受视觉分辨率的影响，看到的现象是8个LED同时工作。多个数码管动态扫描显示，是将所有数码

11、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。3 系统设计3.1 硬件电路设计3.2 VHDL程序设计library ieee;entity scan_seg8 isport(clk3,clk5:in std_logic;rst: in std_logic;seg_da:out std_logic_vector(7 downto 0;seg_sel:out std_logic_vector(2 downto 0;end scan_seg8;architecture ado of scan

12、_seg8 issignal seg_buf1,seg_buf2,seg_buf3,seg_buf4,seg_buf0:std_logic_vector(3 downto 0;signal seg_buf5,seg_buf6,seg_buf7,seg_buf8:std_logic_vector(3 downto 0;signal seg_cnt:std_logic_vector(2 downto 0;signal seg_temp:std_logic_vector(3 downto 0;signal clk:std_logic;beginprocess(clk5beginif clk5'

13、;event and clk5='1' thenclk<=not clk;end if;end process;process(clk5,rstbeginif clk5' event and clk5='1' thenif clk='1' thenseg_buf1<="0010"seg_buf2<="0010"seg_buf3<="1000"seg_buf4<="0010"seg_buf5<="0000"

14、seg_buf6<="0001"seg_buf7<="0000"seg_buf8<="0010"elseseg_buf1<="1111"seg_buf2<="1111"seg_buf3<="1111"seg_buf4<="1111"seg_buf5<="1111"seg_buf6<="1000"seg_buf7<="0001"seg_bu

15、f8<="0000"end if;end if;end process;process (clk3,rstbeginif clk3' event and clk3='1' thenif rst='1' thenseg_cnt<="000"elseseg_cnt<=seg_cnt+1;end if;end if;end process;seg_sel<=seg_cnt;process(seg_cnt,seg_buf1,seg_buf2,seg_buf3,seg_buf4,seg_buf5,se

16、g_buf6,seg_buf7,seg_buf8begincase seg_cnt iswhen o"0" => seg_temp<=seg_buf1;when o"1" => seg_temp<=seg_buf2; when o"2" => seg_temp<=seg_buf3; when o"3" => seg_temp<=seg_buf4; when o"4" => seg_temp<=seg_buf5; when o"

17、5" => seg_temp<=seg_buf6;when o"6" => seg_temp<=seg_buf7; when o"7" => seg_temp<=seg_buf8;when others=> seg_temp<="XXXX"end case;end process;process(seg_tempbegincase seg_temp iswhen "0000"=> seg_da<="00111111"when

18、"0001"=> seg_da<="00000110"when "0010"=> seg_da<="01011011"when "0011"=> seg_da<="01001111"when "0100"=> seg_da<="01100110"when "0101"=> seg_da<="01101101"when "0110

19、"=> seg_da<="01111101"when "0111"=> seg_da<="00000111"when "1000"=> seg_da<="01111111"when "1001"=> seg_da<="01101111"when "1010"=> seg_da<="01110111"when "1011"=>

20、; seg_da<="01111100"when "1100"=> seg_da<="00111001"when "1101"=> seg_da<="01011110"when "1110"=> seg_da<="01111001"when "1111"=> seg_da<="00000000"when others=> null;end case;end

21、process;end architecture ado; 4 运行调试4.1 时序仿真（1） 建立波形文件。选择File项及其New，再选择New窗中的Waveform Editer.项，打开波形编辑窗。（2）输入信号节点。在波形编辑窗的上方选择Node项，在下拉菜单中选择输入信号，在弹出的窗口中首先点击List键，这时左窗口将列出设计所以信号节点。由于设计者有时只需要观察其中部分信号的波形，因此要利用中间的“=>”键将需要观察的信号选到右栏中，然后点击OK键即可将测试信号。（3）设置波形参量。波形编辑窗中已经调入了所有节点信号，在为编辑窗输出信号测试前，首先设定相关的仿真参数。（4）

22、设定仿真时间宽度。选择File项及其End time选项，在End time选择窗中选择适当的仿真时间域，以便有足够长的观察时间。（5）波形文件存盘。选择File项及其Save as选项，按OK键即可。（6）运行仿真器，观察分析波形。选中“processing”菜单下的“start siulation”，直到出现“simulation was successful”对话框。把所有的参数都设定好了之后，就可以观察相关的波形了。4.2 硬件逻辑验证（1）确认已经打开了工程scan_seg8。（2）打开“assignments”菜单下的“pins”命令，打开引脚锁定窗口。（3）用鼠标双击“to”栏中

23、的“< > ”，再出现的下拉栏中选择本工程要锁定的端口信号名（例如clk），然后双击对应的“location”栏中的“< > ”，在出现的下拉栏中选择对应端口信号名的器件引脚（例如对应clk，应选择29）。（4）按前面提到的引脚信息添加锁定引脚，全部输入后单击工具栏上的保存按钮，保存引脚设置。当冒个引脚锁定后，我们在“to”栏下看到该引脚将是斜体显示的，其他未锁定引脚则是正体显示。保持完毕，必须再编译适配一次，才能将引脚锁定到最终的下载文件中，此后就可以将编译好的sof文件下载到实验系统的FPGA中去了。4.3调试结果分析将生成的sof文件通过下载线下载到实验箱中，进行相关的调试后正确显示了自己的学号。比如我的学号为20102822018，8位数码管显示的内容应为20102822,018xxxxx。那么实验就已经成功了。4.4 调试中出现的问题及解决方法由于是第一次做这种课程设计。所以，难免会遇到一些问题。在将程序下载到试验箱上时，没有能如期望那样显示自己的学号。然后，我又从程序出发检查了一遍，发现没有错误，然后我又进行了一次功能仿真发现波形图也没有问题。所以，我就可以大胆的排除程序错误而导致的结果。既然程序没有错误，想必应该是在传输程序的这个环节出了问题。我又从选择的芯片入手，发现芯片选择没有