兩位數(shù)碼管顯示電路

1、 EDA設(shè)計(jì)論文題目學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2016年1月10日目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要3Abstract4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第1章緒論5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 概述5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2設(shè)計(jì)的目的5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.3設(shè)計(jì)的基本內(nèi)

2、容1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第2章EDA、VerilogHDL簡(jiǎn)介2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document EDA技術(shù)2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document EDA技術(shù)的概念2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document EDA技術(shù)的特點(diǎn)2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document EDA設(shè)計(jì)流程2硬件描述語言(VerilogHDL)7 HYPERLINK l

3、 bookmark26 o Current Document VerilogHDL簡(jiǎn)介3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document VerilogHDL語言的特點(diǎn)3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第3章兩位數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路的設(shè)計(jì)過程4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 系統(tǒng)需求分析4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 設(shè)計(jì)原理4 HYPERLINK l bookmark36 o Current D

4、ocument MAXII晶體管說明5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 編寫代碼6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.5管腳分配8 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第4章系統(tǒng)仿真9 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 結(jié)論10 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 參考文獻(xiàn)11附錄12 HYPERLINK l bookmark52 o Curre

5、nt Document 致謝13摘要在信息時(shí)代的今天，單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，涉及各行各業(yè)，也滲透到人們的日常生活之中，如洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱等的控制系統(tǒng)，就可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。為了讓人們很直觀的了解相關(guān)設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，很多時(shí)候需要將當(dāng)前的時(shí)間、溫度、工作程序等狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來，這就涉及到單片機(jī)的數(shù)碼管顯示技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)的數(shù)碼管顯示，正確、高效應(yīng)用數(shù)碼管顯示技術(shù)設(shè)計(jì)成功與否的一個(gè)關(guān)鍵問題之一。本文介紹了通過學(xué)習(xí)版開設(shè)計(jì)兩位數(shù)碼管的顯示十六進(jìn)制數(shù)。采用匯編進(jìn)行編程，可以實(shí)現(xiàn)從00到FF的十六進(jìn)制數(shù)的循環(huán)顯示。在QuartusII軟件平臺(tái)上，完成了兩位數(shù)碼管的顯示電路的設(shè)計(jì)。采

6、用VerilogHDL硬件描述語言描述兩位數(shù)碼管的顯示電路，完成對(duì)電路的功能仿真。關(guān)鍵詞：兩位數(shù)碼管的顯示QuartusI狀態(tài)機(jī)循環(huán)AbstractIntheinformationagetoday,SCMtechnologyisappliedmoreandmorewidely,involvedinallwalksoflife,butalsopenetrateintopeoplesdailylife,suchaswashingmachines,airconditioners,refrigeratorsandothercontrolsystem,youcanwithMCU.Inordertolet

7、peopleveryintuitiveunderstandingoftherelevantequipmentcurrentstate,mostofthetimetothecurrenttime,temperature,andworkproceduresstatethroughthedigitaltubedisplay,whichinvolvestheMCUdigitaltubedisplaytechnology.Inpracticalapplication,thedigitaltubedisplayofsinglechipmicrocomputerisgenerallyusedindynami

8、cdisplaymode,anditisoneofthekeyproblemsinthedesignofdynamicdisplaytechnologywithcorrectandhighefficiency.Thispaperintroducesthedynamicdisplayofthetwobitdigitaltubethroughthelearningversionofthesixteendigitnumber.Assemblyforprogramming,canbeachievedfrom1toFsixteendecimalnumberofautomaticdisplay.OnQua

9、rtusIIsoftwareplatform,thedesignofdynamicdisplaycircuitoftwobitdigitaltubeiscompleted.TheHDLVeriloghardwaredescriptionlanguageisusedtodescribethedynamicdisplaycircuitoftwobitdigitaltube,andthefunctionsimulationofthecircuitiscompleted.Keywords:DynamicdisplayofmultibitdigitaltubeQuartus口StatemachineCi

10、rculat第1章緒論概述數(shù)碼管是一類顯示屏通過對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單，在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。然而在信息時(shí)代的今天，單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，涉及各行各業(yè)，也滲透到人們的日常生活之中，如洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱等的控制系統(tǒng)，就可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。為了讓人們很直觀的了解相關(guān)設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，很多時(shí)候需要將當(dāng)前的時(shí)間、溫度、工作程序等狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來，這就涉及到單片機(jī)的數(shù)碼管顯示技術(shù)。數(shù)碼管顯示是

11、一種最常見的多位顯示方法，應(yīng)用非常廣泛。設(shè)計(jì)的目的EDA技術(shù)作為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心，它依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，所以本次設(shè)計(jì)的目的就是通過實(shí)踐深入理解計(jì)算機(jī)組成原理，了解EDA技術(shù)并掌握VerilogHDL硬件描述語言的設(shè)計(jì)方法和思想。以計(jì)算機(jī)組成原理為指導(dǎo)，通過學(xué)習(xí)的VerilogHDL語言結(jié)合電子電路的設(shè)計(jì)知識(shí)理論聯(lián)系本次的實(shí)習(xí)內(nèi)容數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)，掌握所學(xué)的課程知識(shí)和基本單元電路的綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用，提高IC設(shè)計(jì)能力，提高分析、解決計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)際問題的獨(dú)立工作能力。設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容兩位數(shù)碼顯示是將所有數(shù)碼管的8段按同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自

12、獨(dú)立的I/O線控制，顯示數(shù)碼同時(shí)傳到每個(gè)數(shù)碼管，但每個(gè)瞬時(shí)由位選通信號(hào)選通一個(gè)數(shù)碼管，即在某一瞬時(shí)只有一個(gè)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，且顯示時(shí)間不能太長(zhǎng)，一般為1-10MS，依次循環(huán)掃描，輪流顯示。第2章EDA、VerilogHDL簡(jiǎn)介EDA技術(shù)EDA技術(shù)的概念EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ElectronicDesignAutomation）的縮寫，在20世紀(jì)90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、

13、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的特點(diǎn)利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件；用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的；設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程，在線升級(jí)；整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。EDA設(shè)計(jì)流程1、文本/原理圖編輯與修改。首先利用EDA工具的文本或圖形編輯器將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖用文本或圖形方式表達(dá)出來。2、編譯。完成設(shè)計(jì)描述后即可通過編譯器進(jìn)行排錯(cuò)編譯，變成特定的文

14、本格式，為下一步的綜合做準(zhǔn)備。3、綜合。將軟件設(shè)計(jì)與硬件的可實(shí)現(xiàn)性掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟。4、行為仿真和功能仿真。利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進(jìn)行功能仿真，以便了解設(shè)計(jì)描述與設(shè)計(jì)意圖的一致性。5、適配。利用FPGA/CPLD布局布線適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對(duì)某一具體的目標(biāo)器件進(jìn)行邏輯映射操作，其中包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化、布局布線。適配報(bào)告指明了芯片內(nèi)資源的分配與利用、引腳鎖定、設(shè)計(jì)的布爾方程描述情況。6、功能仿真和時(shí)序仿真。7、下載。如果以上的所有過程都沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以將適配器產(chǎn)生的下載文件通過FPGA/CPLD下載電纜載入目標(biāo)芯片中。8、硬件仿真與測(cè)試。硬件描述語言

15、VerilogHDL簡(jiǎn)介VerilogHDL是一種硬件描述語言，用于從算法級(jí)、門級(jí)到開關(guān)級(jí)的多種抽象設(shè)計(jì)層次的數(shù)字系統(tǒng)建模。被建模的數(shù)字系統(tǒng)對(duì)象的復(fù)雜性可以介于簡(jiǎn)單的門和完整的電子數(shù)字系統(tǒng)之間。數(shù)字系統(tǒng)能夠按層次描述，并可在相同描述中顯式地進(jìn)行時(shí)序建模。VerilogHDL語言具有下述描述能力：設(shè)計(jì)的行為特性、設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流特性、設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)組成以及包含響應(yīng)監(jiān)控和設(shè)計(jì)驗(yàn)證方面的時(shí)延和波形產(chǎn)生機(jī)制。所有這些都使用同一種建模語言。此外，VerilogHDL語言提供了編程語言接口，通過該接口可以在模擬、驗(yàn)證期間從設(shè)計(jì)外部訪問設(shè)計(jì)，包括模擬的具體控制和運(yùn)行。VerilogHDL語言的特點(diǎn)既能用于電路設(shè)計(jì)的

16、綜合，又可以用于模擬仿真。能夠在多個(gè)層次上對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)加以描述，從開關(guān)級(jí)、門級(jí)、寄存器傳輸級(jí)到行為級(jí)等，語言不對(duì)設(shè)計(jì)的規(guī)模施加任何限制。靈活多樣的電路描述風(fēng)格，可進(jìn)行行為描述，也可進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述或數(shù)據(jù)流描述；支持混合建模在一個(gè)設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊可以在不同的設(shè)計(jì)層次上建模和描述。第3章兩位數(shù)碼管的顯示電路3.1系統(tǒng)需求分析計(jì)數(shù)電路采用十六進(jìn)制，從00開始到FF后再回到00。各用2位數(shù)碼管顯示。具有自動(dòng)開始和手動(dòng)暫停功能。為了保證計(jì)數(shù)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確，須由晶體振蕩器提供數(shù)字基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)計(jì)原理如圖4.9-1所示，LED數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成，此外，還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管(在圖中以dp表示)，用于顯示小數(shù)

17、點(diǎn)。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號(hào)LED數(shù)碼管中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：edCNDcdP亠捋號(hào)和列腳陰駁接沆農(nóng)陽煦用說1)共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不點(diǎn)亮。實(shí)驗(yàn)中使用的LED顯示器為共陰極接法2)共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時(shí)公共陽極接+5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為L(zhǎng)ED顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發(fā)光二極

18、管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段。因此提供給LED顯示器的字形代碼正好一個(gè)字節(jié)。若a、b、c、d、e、f、g、dp8個(gè)顯示段依次對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的低位到高位，即D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，則用共陰極LED數(shù)碼管顯示十六進(jìn)制數(shù)時(shí)所需的字形代碼如表3.2-1所示。字型共陰極字形代碼字型共陰極字形代碼字型共陰極字形代碼03FH67DH1C39H106H707Hnd5EH25BH87FHE79H34FH96FHF71H466HA77H滅00H56DHb7CH表3.2-1共陰極LED數(shù)碼管字形代碼MAXII晶體管說明7段數(shù)碼管（不算小數(shù)點(diǎn)）的原理也很簡(jiǎn)單，它無非是由7個(gè)發(fā)光二極管組成。這

19、7個(gè)發(fā)光二極管有一個(gè)公共端，必須接GND（共陰極數(shù)碼管）或者接VCC（共陽極數(shù)碼管）。對(duì)7個(gè)二極管的另一端進(jìn)行控制，相應(yīng)的就能控制他們的亮暗。不同的亮暗組合就產(chǎn)生了數(shù)字0-9的顯示效果。若希望數(shù)碼管顯示某個(gè)數(shù)字，只要給數(shù)碼管的7個(gè)段選接口送相應(yīng)的譯碼信號(hào)即可。如圖3.3-1所示，兩個(gè)共陰數(shù)碼管SM4205的段選和位選與CPLD的I/O連接。帶小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的段選如圖3.3-2所示atcTge1dotI即piTT:;:J舊w圖3.3-1圖3.3-2編寫代碼信號(hào)名稱方向描述elkinput時(shí)鐘信號(hào)，50MHzrstninput復(fù)位信號(hào)，低電平有效smes1noutput數(shù)碼管1片選信號(hào)（

20、即共陰端），低電平有效smcs2noutput數(shù)碼管2片選信號(hào)（即共陰端），低電平有效smdb6:0output數(shù)碼管段選信號(hào)moduleled_seg7(clk,rst_n,sm_cs1_n,sm_cs2_n,sm_db);inputclk;/50MHzinputrst_n;/復(fù)位信號(hào)，低有效outputsm_cs1_n,sm_cs2_n;/數(shù)碼管片選信號(hào)，低有效output6:0sm_db;/7段數(shù)碼管(不包括小數(shù)點(diǎn))reg24:0ent;計(jì)數(shù)器，最大可以計(jì)數(shù)到2的25次方*20ns=640msalways(posedgeclkornegedgerst_n)if(!rst_n)ent=25

21、d0;elseent=ent+1b1;/循環(huán)計(jì)數(shù)reg3:0num;/顯示數(shù)值always(posedgeelkornegedgerst_n)if(!rst_n)num=4d0;elseif(ent=24hffffff)num=num+lbl;/每(大約)640ms增一/*共陰極:不帶小數(shù)點(diǎn);0,l,2,3,4,5,6,7,db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h;8,9,a,b,e,d,e,f,滅db7fh,6fh,77h,7eh,39h,5eh,79h,7lh,00h*/parameterseg0=7h3f,segl=7h06,seg2=7h5b,seg3=7h4

22、f,seg4=7h66,seg5=7h6d,seg6=7h7d,seg7=7h07,seg8=7h7f,seg9=7h6f,sega=7h77,segb=7h7e,sege=7h39,segd=7h5e,sege=7h79,segf=7h7l;reg6:0sm_dbr;always(num)case(num)/7段數(shù)碼管（不包括小數(shù)點(diǎn)）/NUM值顯示在兩個(gè)數(shù)碼管上4h0:sm_dbr=seg0;4h1:sm_dbr=seg1;4h2:sm_dbr=seg2;4h3:sm_dbr=seg3;4h4:sm_dbr=seg4;4h5:sm_dbr=seg5;4h6:sm_dbr=seg6;4h7:s

23、m_dbr=seg7;4h8:sm_dbr=seg8;4h9:sm_dbr=seg9;4ha:sm_dbr=sega;4hb:sm_dbr=segb;4hc:sm_dbr=segc;4hd:sm_dbr=segd;4he:sm_dbr=sege;4hf:sm_dbrrst_nInputPIN_441srm_csl_nOutputPIN_10Q2嚴(yán)srm_CH2_nOutputPIN_?S2srm_db6OutputPIN_41叫snn_db5OutputPIN_31srm_clb4OutputPIN_515戈sm_db51OutputPIN_61噗snn_db2OutputPIN_71叫sm_dbLOutputPIN_12sm_db0OutputPIN/1圖3.5-1管腳分配圖第4章系統(tǒng)仿真當(dāng)程序匯編的過程結(jié)束，我們就可以松一口氣了，這算是設(shè)計(jì)完成了一大步。接下來的任務(wù)就是系統(tǒng)