八位七段数码管动态显示电路设计

八位七段数码管动态显示电路的设计

一七段显示器介绍

七段显示器，在许多产品或场合上经常可见。其内部结构是由八个发光二极管所组成，为七个笔画与一个小数点，依顺时针方向为A、B、C、D、E、F、G与DP等八组发光二极管之排列，可用以显示0～9数字及英文数A、b、C、d、E、F。目前常用的七段显示器通常附有小数点，如此使其得以显示阿拉伯数之小数点部份。七段显示器的脚位和线路图如下图4.1所示( 其第一支接脚位于俯视图之左上角)。

图4.1、七段显示器俯视图

由于发光二极管只有在顺向偏压的时候才会发光。因此，七段显示器依其结构不同的应用需求，区分为低电位动作与高电位动作的两种型态的组件，另一种常见的说法则是共阳极( 低电位动作)与共阴极( 高电位动作)七段显示器，如下图4.2所示。

( 共阳极) ( 共阴极)

图4.2、共阳极(低电位动作)与共阴极(高电位动作)

要如何使七段显示器发光呢？对于共阴极规格的七段显示器来说，必须使用“ Sink Current ”方式，亦即是共同接脚COM为VCC，并由Cyclone II FPGA使接脚成为高电位，进而使外部电源将流经七段显示器，再流入Cyclone II FPGA的一种方式

本实验平台之七段显示器模块接线图如下图4.5所示。此平台配置了八组共阳极之七段显示器，亦即是每一组七段显示器之COM接脚，均接连至VCC电源。而每一段发光二极管，其脚位亦均与Cyclone II FPGA接连。四位一体的七段数码管在单个静态数码管的基础上加入了用于选择哪一位数码管的位选信号端口。八个数码管的a、b、c、d、e、f、g、h、dp都连在了一起，8个数码管分别由各自的位选信号来控制，被选通的数码管显示数据，其余关闭。

图4.5、七段显示器模块接线图

七段显示器之常见应用如下

➢可作为与数值显示相关之设计。

⏹电子时钟应用显示

⏹倒数定时器

⏹秒表

⏹计数器、定时器

⏹算数运算之数值显示器

二七段显示器显示原理

七段显示器可用来显示单一的十进制或十六进制的数字，它是由八个发光二极管所构成的( 每一个二极管依位置不同而赋予不同的名称，请参见图4.1 ) 。我们可以简单的说，要产生数字，便是点亮特定数据的发光二极管。例如要产生数字「0」，须只点亮A、B、C、D、E、F等节段的发光二极管；要产生数字「5」，则须点亮A、C、D、F、G等节段发光二极管，以此类推，参见图4.6。因此，以共阳极七段显示器而言，要产生数字「0」，必须控制Cyclone II FPGA芯片接连至A、B、C、D、E、F 等接脚呈现“低电位”，使电路形成通路状态。表4.1则为共阳极七段显示器显示之数字编码。

图4.6、七段显示器显示阿拉伯数字

表4.1、共阳极七段显示器显示数字编码

资料DP G F E D C B A 16进制

0 1 1 0 0 0 0 0 0 C0

1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9

2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4

3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0

4 1 0 0 1 1 0 0 1 99

5 1 0 0 1 0 0 1 0 92

6 1 0 0 0 0 0 1 0 82

7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8

8 1 0 0 0 0 0 0 0 80

本实验要求完成的任务是在时钟信号的作用下，通过输入的键值在数码管上显示相应的键值。在实验中时，数字时钟选择1KHZ作为扫描时钟，用四个拨动开关做为输入，当四个拨动开关置为一个二进制数时，在数码管上显示其十六进制的值。实验箱中的拨动开关与FPGA的接口电路，以及拨动开关FPGA的管脚连接在实验一中都做了详细说明，这里不在赘述。

数码管显示模块的电路原理如图4-2所示，

图4-2 数字时钟信号模块电路原理

三实验步骤

（本实验用VHDL文本语言实现八位七段数码管动态显示，当然也可用Quartus的图形输入法实现八位七段数码管动态显示）

1. 下面我们建立一个八位七段数码管动态显示的VHDL工程

1)选择开始> 程序> Altera > QuartusII5.1，运行QUARTUSII软件。或者双击桌面上的QUARTUSII的图标运行QUARTUSII软件，出现如图1-3所示。

图1-3 QUARTUSII软件运行界面

2)选择软件中的菜单File > New Project Wizard，新建一个工程。如图1-4所示。

图1-4 新建工程对话框

3）点击图1-4中的NEXT进入工作目录，工程名的设定对话框如图1-5所示。第一个输入框为工程目录输入框，用户可以输入如e:/eda等工作路径来设定工程的目录，设定好后，所有的生成文件将放入这个工作目录。第二个输入框为工程名称输入框，第三个输入框为顶层实体名称输入框。用户可以设定如EXP1，一般情况下工程名称与实体名称相同。使用者也可以根据自已的实际情况来设定工程名和顶层文件名。注：本处的顶层文件名必须和程序的实体名一致，否则编译会出错。

图1-5 指定工程名称及工作目录

4）点击NEXT，进入下一个设定对话框，按默认选项直接点击NEXT进行器件选择对话框。如图1-6所示。这里我们以选用CycloneII系列芯片EP2C35F672C8为例进行介绍。用户可以根据使用的不同芯片来进行设定。

图1-6 器件选择界面

首先在对话框的左上方的Family下拉菜单中选取CycloneII，在中间右边的Speed grade下拉菜单中选取8，在左下方的Available devices框中选取EP2C35F672C8，点击NEXT 完成器件的选取，进入EDA TOOL设定界面如图1-7所示。

图1-7 EDA TOOL对话框