EDA实验指导基于FPGA的动态扫描电路设计.doc

姓名 学号 班级 座位号

FPGA实验指导及记录
实验三 基于FPGA的数码管动态扫描电路设计
1. 实验目的：
（1） 掌握FPGA工作的基本原理、FPGA硬件平台的使用；
（2） 熟悉7段数码管显示译码电路的设计。
（3） 掌握数码管动态扫描显示原理及动态扫描电路的设计。

2. 实验任务：利用FPGA硬件平台上的6位数码管动态显示计数器输出数据。

3. 电路设计
（1） 顶层电路
由分频模块fre_div，计数器模块counter100，译码显示模块diaplay构成。分频模块fre_div将可将实验平台晶体振荡器提供的50MHz时钟信号分频，输出500Hz，1KHz及 1Hz三种信号备用，conter100模块实现模100计数功能，display模块为数码管动态显示模块，实现计数数字在6位数码管上的动态显示。

（2） 分频器模块fre_div
该模块已经设计完成，存放在F盘502文件夹里，使用时请自行拷贝至当前工程文件夹，并按设计需要选择合适的输出。

（3） 计数器模块counter100
该计数器模块实现模100计数。此处同学们应掌握数据总线的画法。

（4） 译码显示模块display
该模块由counter6模块，dig_select模块，seg_select模块以及decoder模块构成，请同学们自行完成该模块总体设计，当display模块的输入信号scanclk频率为1KHz时，数码管扫描周期为36ms，每次扫描每位数码管显示时长6ms。各子模块设计思路如下。

a) counter6模块
该模块需使用74390设计一个模6的计数器。请在空白处做预设计，画出电路图。

b) dig_select模块
该模块用于选择6位数码管中的某一位显示相应字形。74138为3-8译码器，功能表见附录。

c) decoder模块
可将4位8421BCD码译为七段码，驱动数码管以十进制数形式显示数字。7448为共阴极数码管译码器，功能表见附录。

d) seg_select模块
该模块功能是从6组4bit信号中选择一组作输出。（注意自行添加输入输出端）

上图中seclect1bit模块可使用74151设计，其功能为从6位输入数据中选择1位输出。请大家在下面空白处完成预设计。

4. 引脚配置（列出输入输出引脚号）

引脚名
引脚号
引脚名
引脚号
输入节点

输出节点

5. 实验结果（实验结果，如：波形结果、硬件平台结果；实验过程中的重点、难点、遇到的问题及解决方法等）

6. 附录：（附录部分不用随实验报告上交）
（1） 数码管原理。
LED数码管也称为半导体数码管，是目前数字电路中最常用的显示器件之一，它以发光二极管作为笔段，分为共阴和共阳两种，其差别在于共阴数码管的八段发光二极管的阴极都连在一起，而阳极对应各段分别控制；共阳数码管则是八段发光二极管的阳极连在一起，阴极各段可分别控制，具体见下图。

（a）引脚图 （b）共阴极 （c）共阳极
段数码管引脚图

引脚图中的3脚和8脚是公共端com，连在一起，7段数码管加上一个小数点共计8段，因此对数码管进行编码正好是一个字节（8位二进制）。以共阴数码管为例，公共端接GND，其余各段高电平点亮，则数码编码见表。

显示
dp
g
f
e
d
c
b
a
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
2
0
1
0
1
1
0
1
1
3
0
1
0
0
1
1
1
1
4
0
1
0
1
0
1
0
1
5
0
1
0
1
1
1
0
1
6
0
1
1
1
1
1
0
1
7
0
0
0
0
0
1
1
1
8
0
1
1
1
1
1
1
1
9
0
1
0
1
1
1
1
1
A
0
1
1
1
0
1
1
1
B
0
1
1
1
1
1
0
0
C
0
0
1
1
1
0
0
1
D
0
1
0
1
1
1
1
0
E
0
1
1
1
1
0
0
1
F
0
1
1
1
0
0
0
1
数码管有两种显示方式：
Ø 静态显示
每个数码管的8个段选信号（a～g、dp）都必须接一个8位数据线来保持显示的字形。当送入一次字型码后，显示可一直保持，直到送入新的字形码为止。优点是占用CPU时间少，便于控制显示。缺点是占用I/O口资源太多，如有8个数码管，就需要8×8=64个I/O口。
Ø 动态显示
将所有数码管的8个显示笔划的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制。如有8个数码管，则一共需要16个I/O口（8个段选、8个位选），见图2-5-2，其中k1～k8是位选信号。当输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开（以共阴数目管为例，低电平选中相应数码管），该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字型码，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，利用发光二极管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人感觉各位数码管同时在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，但是能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

8位数码动态扫描显示电路

（2） 7448译码器

7448功能表
序 号
输 入
输 出
LT
RBI
D
C
B
A
BI/RBO
Qa
Qb
Qc
Qd
Qe
Qf
Qg
字形
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
□
1
1
X
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
2
1
X
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
2
3
1
X
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
4
1
X
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
4
5
1
X
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
5
6
1
X
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
6
7
1
X
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
8
1
X
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
8
9
1
X
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
9
10
1
X
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1

11
1
X
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1

12
1
X
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1

13
1
X
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1

14
1
X
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
匕
15
1
X
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
灭
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
0
灭
脉冲X
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
灭
灯测试
0
X
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
1
日

（3） 3-8译码器

74138功能表

7