基于FPGA基础设计扫描数码显示器研究

刘海 吴文通 曹鑫 陕西烽火通信集团有限公司

1 设计方案应用的实验原理

1.1 基于乘积项的可编程逻辑器件结构

大部分市场中所使用的产品，都是采用这种可编程逻辑器件的芯片结构。可编程逻辑器件大部分可以划分为三各层面：可编程连线（一种周边接口配接器）、输入或输出端控制块以及宏单元。其中宏单元是可编程逻辑器件的基本结构，该结构是实现系统各项基本功能的逻辑基础。而可编程连线部分，主要负责所有个体的宏单元连接起来，组合成一个有机的统一体，并且还能够接收到板块与板块之间的信息传递。而输入和输出端控制块的主要功能是控制系统的各项电气特性，例如，一些可以控制设定为电极的三态输出和百率等等。

1.2 查找表的结构以及原理的基本描述

查找表英文表义为Look-up-table，查找表的系统本质是一个随机存取存储器。现代科技当中，现场可编程门阵列技术大多会利用四输出的查找表，这种查找表能够被看作为一种具有四位地址线的随机存取存储器。当用户通过使用硬件描述语言或利用原理图，来明确描述一种逻辑电路之后，可编程门阵列所开发的软件将会自动的计算逻辑电路中可能出现的所有结果，而且能够把结果准确的输入到随机存取存储器当中，每当输入完成一个信号之后，都会有一个相应的地址出现在查找表上，专业编程人员只需要寻找到与地址相对应的内容，完成输入之后便可以结束操作

1.3 七段数码管显示器

LED是发光二极管的简称，主要是由半导体材料制成的PN结（即将p型和n型半导体结合在同一块半条体上交界面形成的空间电荷区）。发光二极管在接收到正向电流和正向偏置的时候会出现发光的现象，具有寿命长、体积小、工作需要的电压值较低、并且反应速度较快的优势。二极管进行正常工作的时候，灯管发出的亮度与线路中电流的数值成正比。因此，如果要在设计过程中，应用到发光二极管，需要首先考虑将主流电阻串联在发光二极管上。另外，当发光二极管连入到接通的线路当中，还需要应用点亮笔将二极管接入的区域用横线或点的形式标注出来。发光二级管的明暗程度能够通过其显示出来的符号来表示。应用多个发光二极管组合出来的七段数码显示器，它的连接方式设计人员主要分为两种一种是共阳显示器，一种是共阴显示器。

2 系统设计

2.1 系统设计的相关内容

为了节省输入和输出端管角和内部的逻辑资源，通常会使用数码管进行动态的扫描，这种扫描的方式主要是利用了人类的视觉短暂停留的错觉感，来完成对六位的数码管进行分别循环选通操作，并且,在配合数据开关的同时，选择相对应的数据进行显示。当扫描的速度达到足够快的时候，人的视觉神经所看到的数码管就会是六位同时显示。在一般情况下，对数码管进行扫描的的频率达到1000赫兹就可以了。在设计一个六位数码显示器动态刷新显示的扫描电路时，需要多个单位模块，主要包括BCD七段显示译码器、六进制计数器以及多路开关等等。并且根据相应系统的需求，还应该设计方案当中，增加应用一个六位的数码块，来提供所需要显示的数据。

2.2 系统设计步骤

2.2.1 新建和命名

用相关的系统设计软件，在File New菜单中，单机选择新建一个工程。工程名称和顶层文件需要根据相应实际情况来命名。在器件设计对话框当中先选择使用一种EPM系列芯片，从而完成新工程建立的第一个步骤的最后环节。

2.2.2 模块定义和连接

首先打开File New菜单，在菜单中选择点击创建图形文件口令，然后将鼠标点击操作界面，完成图形文件的创建。之后需要在图形编辑器的界面当中，寻找一个名为Block Tool的工具按钮，单机选择工具按钮，可以完成所需模板的新建操作，从而最终实现对操作模板的定义，完成模块与模块之间的紧密联系。

2.2.3 设计顶层文件

单机选择File Save As菜单，该菜单可以实现对所新建的图形文件的保存，并且在保存之前可以将顶层文件，设置为与实际相符合的命名。

2.2.4 VHD 设计文件

单机数据模块时，会弹出一个菜单，在其中选择相应的命令，能够正确的建立数据硬件描述语言的设计文件。

2.2.5 编写程序

编写程序是众多步骤中核心的步骤，需要在建立文本编辑界面当中，以硬件描述语言的方式输入数据所需要的设计程序。

2.2.6 生成 MULX 设计文件

单机MULX模块，直接选择与生成设计文件步骤相同的命令，并最终生成以MULX为前称的硬件描述语言设计文件。

2.2.7 在编辑器界面中编入程序代码

2.2.8 生成 BCD 设计文件

点击BCD _LED 模块，选择与上述菜单相同的命令，并最终生成以BCD为前称的标准硬件描述语言设计文件。

2.2.9 在编辑器界面编写BCD的VHD 标准硬件描述语言的程序。

综上所述，本文主要是应用现场可编辑门阵列最基本的处理芯片，并使用VHDL标准硬件语言，来完成对硬件电路行为描述的分析。同时，本文详细描述了现场可编辑门阵列的应用原理以及实际操作，完善了对现场可编辑门阵列的设计方式，更加细致的理解设计板块，优化设计方案。