设 计 报 告
课程名称 电子技术基础I 任课教师
设计题目 8位十进制数动态扫描显示控制电路 班级
8位十进制数数码动态扫描电路设计
简介:所谓动态扫描显示，就是让各位
LED按照一定的顺序轮流地发光显示。只要每秒扫
描次数大于24次以上，就观察不到闪烁现象，人眼看起来很稳定。静态扫描显示与动态显示相比，有显著降低LED功耗，大大减少LED的外部引线等优点。目前动态扫描显示技术已经被广泛应用于新型数字仪表、智能仪器和智能显示屏中。
本次课程实践中运用QuartusII软件，采用VHDL文本设计和原理图相结合的层次化方式实现数码8位动态扫描显示电路设计。首先，分别用VHDL语言编写8位数码扫描显示电路程序和分频器程序，作为底层文件；顶层文件用原理图的设计方法，调用底层文件生成的符号，从而实现动态扫描显示。用VHDL设计一个8位数码扫描显示电路，利用QuartusII9.0进行编辑输入、编译及时序仿真。其中，由于分频器的分频系数过大时，在仿真波形上很难看出波形的变化，如本设计是从100MHz分频到1KHz，分频系数为一万，所以可以通过改变减小分频系数，如改为10分频，就得到变化的波形，来验证数码动态扫描显示电路设计的正误。
一、工作原理
1、8位动态扫描显示的工作原理：
输入信号：时钟信号CLK。输出控制信号：段控制信号SG[6..0];位控制控制信号BT[7..0]。8位数码管，其中每个数码管的8个段h、g、f、e、d、c、b、a(h是小数点)都分别连接在一起，8个数码管分别由8个选通信号k1～k8来选择。被选通的数码管显示数据，其余关闭。如在某一时刻，k3为高电平，其余选通信号为低电平，这时仅为k3对应的数码管显示来自段信号端的数据，而其他7个数码管呈现关闭状态。根据这种电路状况，如果希望在8个数码管显示希望的数据，就必须使得8个选通信号k1～k8分别被选通，与此同时，在段信号输入口加上希望在该对应数码管上显示的数据，于是随着选通信号的扫变，就能实现扫描显示的目的。
扫描显示程序中CLK是扫描时钟；SG为7段控制信号，由高到低为分别接g、f、e、d、c、b、a7个段；BT是位选控制信号，接下图(1)中的8个位选通信号：k1、k2…k8。程序中CNT8是一个3位计数器，作扫描计数信号，有进程P2生成；进程P3是7断译码查表输出程序，进程P1是对8个数码管选通的扫描程序，例如当CNT8等于“010”时，K3对应的数码管被选通，同时，H被赋值3，再有进程P3译码输出“1001111”，显示在数码管上即为“3”；当CNT8扫变时将能在8个数码管上显示数据：12345678。
图(1)8位数码电路
2、七段数码显示译码器的原理:
7段数码是纯组合电路。通常的小规模专用IC,如74或4000系列的器件只能作十进制BCD码译码，然而数字系统中的数据处理和运算都是二进制的，所以输出表达都是十六进制的。为了满足十六进制数的译码显示，最方便的方法就是利用VHDL译码程序在FPGA/CPLD
中来实现。注意，这里没有考虑表示小数点的发光管，如果要考虑需要增加h段，并且段输出SG[6..0]改为SG[7..0]。本实验采用共阳数码管，其电路图见下图（2）
图(2) 共阴和共阳数码管及其电路
代表数据 输入码 输入码g~a 代表数据 输入码 输入码g~a 0 1 2 3 4 5 6 7 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000000 1111001 0100100 0011000 0011001 0010010 0000010 1111000 8 9 A B C D E F 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0000000 0010000 0001000 0000011 1000110 0000110 0000110 0001110 图(3)译码器真值表 3、分频器的工作原理：
分频器的原理也就是计数器，对时钟进行偶数分频，使占空比为50%。只要使用一个计数器，在计数器的前一半时间使输出为高电平，在计数器的后一半时间使输出为低电平，即可得到偶分频时钟。
二、功能模块
1. 8位数码扫描电路模块：
CLK为时钟信号，SG为段控制信号，BT为位控制信号。功能是进行8位数码管的控制和7段数码显示的控制。
smdlCLKSG[6..0]BT[7..0]inst2
2.分频器模块：
CLKIN时钟信号输入,CLKOUT时钟信号输出。功能是对时钟信号进行分频。
fenpingCLKINCLKOUTinst2 3．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“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，对于共阳极的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。
本次试验不显示小数点，可把SG段控制信号向量变为8位（最高位代表小数点），并在最高位设置成恒0低电平。
三、总体设计
用VHDL语言编写8位数码扫描显示电路程序和分频器程序，作为底层文件；顶层文件用原理图的设计方法，调用底层文件生成的符号，从而实现动态扫描显示。 模块设计图：
四、模块仿真
1.8位数码扫描电路模块仿真图
2. 分频器仿真图
五、总体仿真
8位十进制数码动态扫描电路设计报告资料
