名稱：利用VHDL語言,實現(xiàn)0~8090任意進制8421BCD計數(shù)譯碼顯示電路,并將計數(shù)器輸出的8421BCD進行共陰數(shù)碼管顯示設(shè)計VHDL代碼Quartus仿真

軟件：Quartus

語言：VHDL

代碼功能：

1、計數(shù)器具有同步置數(shù)功能、異步清零功能,用VHD實現(xiàn)計數(shù)邏輯,并闡述設(shè)計原理,給出關(guān)鍵block diagram設(shè)計框圖。

2、8421BCD碼7段譯碼部分可以參見74LS48功能,用VHDL實現(xiàn)譯碼邏輯,并闡述設(shè)計原理,給出關(guān)鍵 block diagram設(shè)計框圖。

3、譯碼輸岀后驅(qū)動的數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管,闡述電路原理,給出相應(yīng)編碼方式。

報告要求

(1)按要求的格式書寫,所有內(nèi)容一律打印、封面要求統(tǒng)一。

(2)報告內(nèi)容包括設(shè)計過程、軟件仿真的結(jié)果及分析。

(3)報告中要有整體電路原理圖、各模塊原理圖。

(4)軟件仿真包括各個模塊的仿真和整體電路的仿真。

FPGA代碼Verilog/VHDL代碼資源下載：www.hdlcode.com

設(shè)計文檔：

任意進制8421BCD計數(shù)譯碼顯示

1、課題任務(wù)及要求

1.1課題任務(wù)

利用VHDL語言，實現(xiàn)0~8090任意進制8421BCD計數(shù)譯碼顯示電路，并將計數(shù)器輸出的8421BCD進行共陰極數(shù)碼管顯示。要求：

1. 計數(shù)器具有同步置數(shù)功能、異步清零功能，利用VHDL實現(xiàn)計數(shù)邏輯，并闡述設(shè)計原理，給出關(guān)鍵block diagram設(shè)計框圖。

2. 8421BCD碼譯碼部分可以參見74LS48功能，用VHDL實現(xiàn)譯碼邏輯，并闡述設(shè)計原理，給出關(guān)鍵block diagram設(shè)計框圖。

3. 譯碼輸出后驅(qū)動的數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管，闡述電路原理，給出響應(yīng)的編碼方式。

1.2課題要求

課題設(shè)計實現(xiàn)的功能指標(biāo)為。

●設(shè)計指標(biāo)一：計數(shù)器具有同步置數(shù)功能、異步清零功能

●設(shè)計指標(biāo)二：使用8421BCD計數(shù)器

●設(shè)計指標(biāo)三：譯碼輸出后驅(qū)動的數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管

2、設(shè)計內(nèi)容

系統(tǒng)總體設(shè)計思路為采用分模塊設(shè)計，模塊分為計數(shù)模塊、數(shù)碼管顯示模塊及頂層模塊，具體模塊功能具體介紹如下。

2.1 設(shè)計總體功能簡介

系統(tǒng)總體設(shè)計思路為采用分模塊設(shè)計，模塊分為計數(shù)模塊、數(shù)碼管顯示模塊及頂層模塊，采用自頂向下的設(shè)計思想?？傮w功能為實現(xiàn)0~8090任意進制8421BCD計數(shù)譯碼顯示電路，并將計數(shù)器輸出的8421BCD進行共陰極數(shù)碼管顯示

2.2 頂層模塊功能

頂層模塊實現(xiàn)將計數(shù)模塊和顯示模塊連接的功能，頂層模塊如下圖所示

上圖中，bcd_counter為計數(shù)模塊，display為顯示模塊。頂層輸入端口有：

Clk：時鐘信號

Rst_p：系統(tǒng)復(fù)位信號，高電平有效

Load：同步置數(shù)使能信號

Data_in[15:0]:同步置數(shù)的數(shù)據(jù)，采用8421BCD編碼

頂層輸出端口為4個7段數(shù)碼管信號：

HEX0[6..0]:數(shù)碼管0

HEX1[6..0]:數(shù)碼管1

HEX2[6..0]:數(shù)碼管2

HEX3[6..0]:數(shù)碼管3

2.3 計數(shù)模塊功能

計數(shù)模塊如下圖所示：

輸入端口有：

Clk：時鐘信號

Rst_p：系統(tǒng)復(fù)位信號，高電平有效

Load：同步置數(shù)使能信號

Data_in[15:0]:同步置數(shù)的數(shù)據(jù)，采用8421BCD編碼

輸出端口為計數(shù)值：

Data_out[15..0]:計數(shù)值輸出采用8421BCD編碼

該模塊實現(xiàn)0~8090任意進制8421BCD計數(shù)器的功能，計數(shù)器具有同步置數(shù)功能、異步清零功能

2.4 顯示模塊功能

顯示模塊如下圖所示：

輸入端口有：

Clk：時鐘信號

Data[15:0]:計數(shù)值，采用8421BCD編碼

輸出端口為4個7段數(shù)碼管信號：

HEX0[6..0]:數(shù)碼管0

HEX1[6..0]:數(shù)碼管1

HEX2[6..0]:數(shù)碼管2

HEX3[6..0]:數(shù)碼管3

該模塊實現(xiàn)8421BCD碼譯碼功能，譯碼輸出后驅(qū)動的數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管。

3、設(shè)計及實現(xiàn)方法

3.1 計時模塊設(shè)計方法

計時模塊實現(xiàn)0~8090任意進制8421BCD計數(shù)器的功能，計數(shù)器具有同步置數(shù)功能、異步清零功能。主要代碼如下：

上述代碼中，為實現(xiàn)任意進制的功能，定義了一個信號MOD_NUM信號，將該值設(shè)置為多少就是多少進制。下面process進制實現(xiàn)具體任意進制BCD碼計數(shù)器的功能，定義了一個BCD編碼的信號為count。

首先，實現(xiàn)異步清零的功能，當(dāng)rst信號為1時，輸出count為0，然后實現(xiàn)同步置數(shù)功能，當(dāng)load信號為1時，將輸入的data_in賦值給count。

最后就是實現(xiàn)BCD碼計數(shù)器功能，首先判斷是否計數(shù)到999，若是，則千位加1，否則繼續(xù)判斷是否計數(shù)到99，若是，則百位加1；否則繼續(xù)判斷是否計數(shù)到9，若是，則十位加1。否則只需要個位加1。

Count為BCD編碼，其15~12位表示千位，11~8表示百位，7~4表示十位，3~0表示個位。

3.2 顯示模塊設(shè)計方法

顯示模塊實現(xiàn)8421BCD碼譯碼功能，譯碼輸出后驅(qū)動的數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管。其中單個數(shù)碼管顯示代碼如下：

數(shù)碼管顯示模塊用于控制數(shù)碼管將計數(shù)值顯示出來。使用7段數(shù)碼管顯示，每個數(shù)碼管輸入為7位，對應(yīng)下圖中的abcdefg7段，數(shù)碼管為共陰極，當(dāng)輸入1時對應(yīng)的段點亮，當(dāng)輸入為0時，對應(yīng)的段滅。

根據(jù)上圖可以觀察到，若要顯示數(shù)字0，G滅，ABCDEF亮，如果是共陽極數(shù)碼管也就是對應(yīng)編碼為“1000000”，共陰極數(shù)碼管則正好相反，故可以寫成not “1000000”，也就是“0111111”，其中從左到右依次對應(yīng)GFEDCBA。以此類推可以得到0~9的所有編碼。

4、調(diào)試及運行結(jié)果

4.1 計時模塊調(diào)試及運行結(jié)果

對計時模塊進行單獨仿真，仿真圖如下圖所示（為便于觀察，設(shè)置進制為34）。

上圖中，rst為異步清零信號，圖中可以看到，當(dāng)rst信號為1時，輸出data_out立馬清零。圖中l(wèi)oad為置位信號，圖中可以看到，load信號為高時，輸出data_out為data_in得值。

當(dāng)rst和load信號均無效時，計數(shù)器按時鐘正常計數(shù)，可以看到，當(dāng)計數(shù)到34后，計數(shù)器清零，重新開始計數(shù)，故進制正確。

4.2 顯示模塊調(diào)試及運行結(jié)果

對顯示模塊進行單獨仿真，仿真圖如下圖所示（為便于觀察，設(shè)置計數(shù)器計數(shù)0~9）。

上圖中，計數(shù)值輸入為0000~0009，其中HEX0顯示個位，也就是0~9，HEX1~3均顯示0。根據(jù)前面關(guān)于數(shù)碼管的介紹可知，0對應(yīng)的編碼為0111111，1對應(yīng)的編碼為0000110，以此類推可以做到仿真圖0~9編碼具正確。

4.3 系統(tǒng)總體調(diào)試及運行結(jié)果

對系統(tǒng)進行總體仿真，仿真圖如下圖所示：

上圖可以看到，整體仿真圖的仿真結(jié)果相當(dāng)于將計數(shù)模塊和顯示模塊進行合并顯示，最終輸出為HEX0~3的編碼值。可以看到，當(dāng)異步清零時，輸出的編碼值為0000，當(dāng)同步置數(shù)時，輸出的編碼值為0034，其他情況下為遞增計數(shù)。

5、設(shè)計總結(jié)

5.1設(shè)計中的問題、原因分析及解決方法

設(shè)計中一開始沒有正確理解BCD編碼的含義，導(dǎo)致使用了通常的二進制編碼，這種編碼的優(yōu)點是代碼簡單，計數(shù)器較容易實現(xiàn)，但是缺點是不能直接按位分離出千位，百位，十位個位，導(dǎo)致時數(shù)碼管顯示不正確，后續(xù)改進為8421BCD編碼，雖然計數(shù)器代碼設(shè)計相對復(fù)雜一點，但是對于數(shù)碼管顯示部分就可以按位分離出千位，百位，十位和個位。

5.2設(shè)計方案的優(yōu)缺點

本設(shè)計方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)清晰，采用分模塊設(shè)計方法，各個模塊功能比較明確，可以分模塊仿真，易于調(diào)試；缺點的話在于任意進制的設(shè)計在計數(shù)模塊內(nèi)通過一個參數(shù)進行定義，當(dāng)要修改進制時，需要修改該模塊內(nèi)的參數(shù)，不是很靈活。

5.3心得體會

通過這次設(shè)計，我加深了對VHDL代碼的理解，熟悉了quartus軟件的編碼和仿真操作，并且對8421BCD碼的作用也有了更深刻的認(rèn)識。通過這次實驗，我對我使用VHDL和EDA工具有了一定的提高，后續(xù)有其他功能設(shè)計的話可以更加容易的上手，也鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，為今后打下堅固基礎(chǔ)。

部分代碼展示:

LIBRARY?ieee;
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???BEGIN
??????IF?(clk'EVENT?AND?clk?=?'1')?THEN
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