BCD-7段数码管显示译码器电路设计(PPT 35张)

例：信号赋值与变量赋值的比较 信号赋值： architecture rtl of sig is signal a,b : std_logic; -- 定义信号 begin process(a, b) begin a <= b ; b <= a ; end process ; end rtl ; -- 结果是 a 和 b 的值互换
进程语句 process
信号
信号
进程语句 process 信号
进程语句 process
[标记：] process [( 敏感信号表)]
{ 进程说明项} begin { 顺序描述语句} end process [标记]； 敏感信号表：进程内要读取的所有敏感信号 （包括端口）的列表。每一个敏感 信号的变化，都将启动进程。 格式：
常用的并行描述语句有：
进程（process）语句、
块（block）语句、
顺序描述语句的并行版本、
并行过程调用语句、 元件例化语句、 生成语句。
进程（process）语句
进程（process）语句最具VHDL语言特色。提 供了一种用算法描述硬件行为的方法。
特点：
1、进程与进程，或其它并发语句之间的并发性； 2、进程内部的顺序性； 3、进程的启动与挂起； 4、进程与进程，或其它并发语句之间的通信。
case 表达式 is when 分支条件 => 顺序处理语句； when 分支条件 => 顺序处理语句；
┇
when 分支条件 => 顺序处理语句； end case；
其中的分支条件可有以下的形式： when 值 => 顺序处理语句；
when 值 to 值 => 顺序处理语句；
when 值|值|值|…|值 => 顺序处理语句；
ENTITY
ARCHITECTURE Process Process
ports
Sequential Process Combinational Process
ports
component
硬件执行：并行执行（VHDL本质） 仿真执行：顺序执行、并行执行 分为两大类：顺序（Sequential）描述语句 并行（Concurrent）描述语句
BCD-7段数码管显示译码器电路设计
• 一、项目资讯 • • 请根据要求在EDA实验箱上设计BCD-7段数 码管显示译码器电路，要求： • • ⑴使用EDA实验箱上开关设置模块的K4、 K3、K2、K1开关作为BCD码输入； • • ⑵使用EDA实验箱上键盘显示模块中最右边
一、项目资讯
1、BCD-7段数码管显示译码器电路的工作原 理。 2、基于FPGA与VHDL的数字电路与数字系 统设计方法与工作流程。 3、WITH-SELECT 语句与WHEN-ELSE语句 及其应用。 4、进程语句、CASE语句、IF语句及其应用。
a. 一个进程：最后一次赋值有效 b. 多个进程：多源驱动 线与、线或、三态
例：信号的多次赋值
architecture rtl of ex is signal a : std_logic; begin process(…) begin a <= b; … a <= c; end process; end rtl; architecture rtl of ex is signal a : std_logic; begin process(…) begin a <= b; … end process; process(…) begin a <= c; ... end process; end ex;
转向控制语句
转向控制语句通过条件控制开关决定是否执
行一条或几条语句，或重得执行一条或几条语句，
或跳过一条或几条语句。 分为五种： if 语句、case 语句、
loop 语句、next 语句、
exit 语句
case 语句
case 语句常用来描述总线或编码、译码行为。 可读性比if 语句强。 格式如下：
if s1=‘1’ then sel:=sel+1; end if; if s2=‘1’ then sel:=sel+2; end if; if s3=‘1’ then sel:=sel+4; end if; if s4=‘1’ then sel:=sel+8; end if; z1<=‘0’; z2<=‘0’; z3<=‘0’; z4<=‘0’; case sel is when 0 =>z1<=‘1’; when 1|3 =>z2<=‘1’; when 4 to 7|2 =>z3<=‘1’; when others =>z4<=‘1’; end case; end process; end art;
例：用case 语句描述四选一电路
例：case 语句的误用 signal value:integer range 0 to 15; signal out_1 : bit ; case value is end case ; -- 缺少 when条件语句
case value is -- 分支条件不包含2到15 when 0 => out_1 <= ‘1’ ; when 1 => out_1 <=‘0’ ; end case ; case value is -- 在5到10上发生重叠 when 0 to 10 => out_1 <= ‘1’ ; when 5 to 15 => out_1 <= ‘0’ ; end case ;
temp:=temp xor (sig(i) and indicator(i));
end loop ; output <= temp; end process;
以上语句等效为： process(indicator, sig) variable temp : std_logic ; begin temp := ‘0’ ; temp :=temp xor (sig(0) and indicator(0)); temp :=temp xor (sig(1) and indicator(1)); temp :=temp xor (sig(2) and indicator(2)); temp :=temp xor (sig(3) and indicator(3)); output <= temp ; end process ;
变量与信号的差异：
1）赋值方式的不同： 变量：= 表达式； 信号 < = 表达式； 2）硬件实现的功能不同： 信号代表电路单元、功能模块间的互联， 代表实际的硬件连线； 变量代表电路单元内部的操作，代表暂 存的临时数据。
3）有效范围的不同： 信号：程序包、实体、结构体；全局量。 变量：进程、子程序；局部量。
信号名称 {，信号名称 }
3、如果有 wait 语句，则不允许有敏感信号表。 PROCESS (a,b) BEGIN --sequential statements END PROCESS;
PROCESS BEGIN -- sequential statements WAIT ON (a,b) ; END PROCESS;
例：根据输入确定输出值
library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity mux41 is port(s4,s3,s2,s1: in std_logic; z4,z3,z2,z1: out std_logic); end mux41; architecture art of mux41 is begin process(s4, s3, s2, s1) variable sel: integer range 0to15; begin sel:=0;
ARCHITECTURE {SIGNAL Declarations} label1: PROCESS {VARIABLE Declarations}
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label2: PROCESS {VARIABLE Declarations}
4）赋值行为的不同： 信号赋值延迟更新数值、时序电路；
变量赋值立即更新数值、组合电路。 5）信号的多次赋值
图5.1(a)是共阴式LED数码管的原理图，图5.1(b)是其表示符号。使 用时，公共阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD-7段译码器来驱动(控 制)，如图5.1(c)所示。图中，电阻是上拉电阻，也称限流电阻，当 译码器内部带有上拉电阻时，则可省去。数字显示译码器的种类很多， 现已有将计数器、锁存器、译码驱动电路集于一体的集成器件，还有 连同数码显示器也集成在一起的电路可供选用。
顺序描述语句： 执行顺序与书写顺序一致，与传统软件设计 语言的特点相似。顺序语句只能用在进程与子程 序中。 可描述组合逻辑、时序逻辑。
常用的顺序描述语句：
赋值语句； if语句；case语句；loop语句； next语句；exit语句；子程序；return语句； wait语句；null语句。
1、变量赋值与信号赋值
BCD-7段显示译码器译码原理
• BCD-7段译码器的输入是4位BCD码(以D、C、B、A 表示)，输出是数码管各段的驱动信号(以a~g表 示)，也称4—7译码器。若用它驱动共阴LED数码 管，则输出应为高有效，即输出为高(1)时，相应 显示段发光。例如，当输入8421码DCBA=0100时， 应显示 ，即要求同时点亮b、c、f、g段，熄灭 a、d、e段，故译码器的输出应为a~g=0110011， 这也是一组代码，常称为段码。同理，根据组成 0~9这10个字形的要求可以列出8421BCD-7段译码 器的真值表，见表5.1。
二、项目计划
• ⑴能在Max+PlusII软件平台上调试BCD-7 段显示译码电路VHDL程序，并进行功能仿 真； • ⑵能在EDA实验系统上进行硬件验证测试。
本项目涉及的VHDL语法
• VHDL顺序语句（CASE) • 变量与信号的区别 • VHDL并行语句（PROCESS)
VHDL顺序语句（Sequential）
如改为信号，则无法实现原功能： …… signal temp : std_logic; …… process(indicator, sig, temp) begin temp<= ‘0’ ; temp<=temp xor (sig(0) and indicator(0)); temp<=temp xor (sig(1) and indicator(1)); temp<=temp xor (sig(2) and indicator(2)); temp<=temp xor (sig(3) and indicator(3)); output <= temp ; end process ;
变量赋值： architecture rtl of var is begin process variable a,b:std_logic; -- 定义变量 begin a := b ; b := a ; end process ; end rtl; -- 结果是a和b的值都等于b的初值
例：变量赋值实现循环语句功能 process(indicator, sig) variable temp : std_logic; begin temp := ‘0’ ; for i in 0 to 3 loop
BCD-7段显示译码器工作原理
• BCD-7段译码器是由7个发光二极（LED） 管构成，LED由特殊的半导体材料砷化镓、 磷砷化镓等制成，组装成分段式或点阵式 LED显示器件(半导体显示器)。分段式显示 器(LED数码管)由7条线段围成8型，每一段 包含一个发光二极管。外加正向电压时二 极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿 等色。只要按规律控制各发光段的亮、灭， 就可以显示各种字形或符号。
以上三种方式的混合；
when others => 顺序处理语句；
Case 语句使用注意：
1）分支条件的值必须在表达式的取值范围内。 2）两个分支条件不能重叠。 3）CASE语句执行时必须选中，且只能选中一 个分支条件。
4）如果没有others分支条件存在，则分支条
件必须覆盖表达式所有可能的值。
对std百度文库logc, std_logic_vector数据类型要特 别注意使用others分支条件。