数码管动态显示装置实验

⑴ 七段数码管动态显示实验问题怎么办

七段数码管的动态扫描显示实验一、实验名称：七段数码管的动态扫描显示实验二、实验目的：（1）进一步熟悉QuartusII软件进行FPGA设计的流程（2）掌握利用宏功能模块进行常用的计数器，译码器的设计（3）学习和了解动态扫描数码管的工作原理的程序设计方法三、实验原理：实验板上常用4位联体的共阳极7段数码管，其接口电路是把所有数码管的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个数码管由一个独立的公共极COM端控制。当向数码管发送字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码时，但究竟是那个数码管亮，取决于COM端，这一端是由I/O控制的，所以就可以自行决定何时显示哪一位。动态扫描即采用分时方法，轮流控制各个LED轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每一位显示器的点亮时间是极为短暂的，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上每个显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。四、实验要求：实现显示0000-9999的十进制计数器。五、实验步骤1.建立工程建立名为leddisplay的工程，并建立顶层图。2．设计技术时钟设计一分频器，对50MHz分频输出到计数器，让计数器以较慢速度递增。打开File..New,新建一个.v文件。输入以下程序：mole int_div(clk, div_out);input clk;output reg div_out;reg [31:0] clk_div;parameter CLK_FREQ = 'D50_000_000; //系统时钟50MHzparameter DCLK_FREQ = 'D10; //输出频率10/2Hzalways @(posedge clk)beginif(clk_div < (CLK_FREQ/DCLK_FREQ))clk_div <= clk_div+1;
elsebeginclk_div <= 0;div_out <= ~div_out;endendendmole输入完成后，将该文件设为顶层实体，该命令在Project->Set as top-level Entity。分析该设计文件:执行工具栏处的“Start Analysis &Synthesis命令按钮，开始分析综合，此步骤在这里用于检查设计错误。分析成功后要生成一个分频器的元件符号，执行File->Create Symbol files for current file,开始建立该文件的元件符号。3.数码管扫描显示程序设计mole segmain(clk,reset_n,datain,seg_data,seg_com);input clk;input reset_n;input[31:0] datain;output[7:0] seg_data;output[7:0] seg_com;reg[7:0] seg_com;reg[7:0] seg_data;reg[3:0] bcd_led;reg[36:0] count;integer temp;always@(posedge clk)beginif(!reset_n) count<=0;elsebegincount<=count+1;temp=datain;endendalways@(count[14:12] or datain)begincase(count[14:12])3'b000:begintemp=temp%10;bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b11111110;
end3'b001:begintemp=temp%100/10;bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b11111101;end3'b010:begintemp=temp%1000/100;bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b11111011;end3'b011:begintemp=temp%10000/1000;bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b11110111;end3'b100:begintemp=temp%100000/10000;bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b11101111;end3'b101:begintemp=temp%1000000/100000;bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b11011111;end3'b110:begintemp=temp%10000000/1000000;bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b10111111;end3'b111:begintemp=temp%100000000/10000000;
bcd_led=temp[3:0];seg_com=8'b01111111;endendcaseendalways@(seg_com or bcd_led)begincase(bcd_led)4'h0:seg_data=8'hc0;4'h1:seg_data=8'hf9;4'h2:seg_data=8'ha4;4'h3:seg_data=8'hb0;4'h4:seg_data=8'h99;4'h5:seg_data=8'h92;4'h6:seg_data=8'h82;4'h7:seg_data=8'hf8;4'h8:seg_data=8'h80;4'h9:seg_data=8'h90;4'ha:seg_data=8'h88;4'hb:seg_data=8'h83;4'hc:seg_data=8'hc6;4'hd:seg_data=8'ha1;4'he:seg_data=8'h86;4'hf:seg_data=8'h8e;default:seg_data=8'hc0;endcaseendendmole输入完成后，将其设为顶层实体，检验后生成元件符号。4.调用宏功能模块设计计数器双击顶层图空白处，弹出symbol对话框，展开Libraries,找到lpm_counter.按步骤一步步生成4位BCD码的计数器。5.设计完整的顶层返回顶层原理图，并注意重新将顶层原理图设为顶层实体。双击顶层图空白的地方，弹出symbol对话框，展开Libraries栏的Project库，可看到上述步骤建立的一些元件符号。
按OK，在图纸上空白地方点击即可输入相应的元件，添加其它元件，完成下图连接：6.设置芯片和管脚。参照以下tcl script 文件配置芯片管脚，并运行该tcl脚本。#Setup.tclset_global_assignment -name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS "AS INPUT TRI-STATED"set_global_assignment -name ENABLE_INIT_DONE_OUTPUT OFFset_location_assignment PIN_149 -to clkset_location_assignment PIN_90 -to reset#ledset_location_assignment PIN_148 -to 78ledcom[0]set_location_assignment PIN_147 -to 78ledcom[1] set_location_assignment PIN_160 -to 78ledcom[2]set_location_assignment PIN_159 -to 78ledcom[3]set_location_assignment PIN_162 -to 78ledcom[4]set_location_assignment PIN_161 -to 78ledcom[5] set_location_assignment PIN_166 -to 78ledcom[6]set_location_assignment PIN_164 -to 78ledcom[7]set_location_assignment PIN_145 -to 78leddata[0]set_location_assignment PIN_143 -to 78leddata[1]set_location_assignment PIN_137 -to 78leddata[2]
set_location_assignment PIN_139 -to 78leddata[3]set_location_assignment PIN_144 -to 78leddata[4]set_location_assignment PIN_146 -to 78leddata[5]set_location_assignment PIN_135 -to 78leddata[6]set_location_assignment PIN_142 -to 78leddata[7]7.编译执行菜单命令Project->Set as top-level Entity，将顶层图设为当前顶层实体，然后编译。8.下载1）下载设置：使用下载线下载配置文件到FPGA。2）下载完毕后可看到实验现象：数码管实现显示0000-9999的十进制计数器。六、实验小结（1）这是我们这学期近代电子学实验的第一次实验报告，在前几次的实验中，已经熟悉了QuartusII设计软件的基本功能、原理图输入和HDL输入方法、功能仿真、综合、配置与编程的设计过程，尤其是针对QuartusII的使用初步花了几节课的时间，毕竟这个软件对于我们来说是很陌生的。（2）在前面的实验中，学习QuartusII的基础实验中，课本上和课件上的介绍是很详细的，每一个操作步骤都是有截图的，所以跟着步骤一步一步的，只要小心谨慎，是不会出现错误的。（3）这次的实验是对前几次的实验的整合，在LED的按键控制的基础上进行的实验，在我做实验的工程中，查找错误是最麻烦的琐碎的，往往错误源于很小的失误，比如忘记建立顶层图、调用宏功能模块设计计数器时选错选项等等。这些错误看似微不足道，但是检查起来异常麻烦，所以我们在做实验的时候一定要小心谨慎，切记三心二意。（4）通过这一次的实验练习，希望为以后打下坚实的基础。
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七段数码管的动态扫描显示实验
七段数码管的动态扫描显示实验
一、实验名称：七段数码管的动态扫描显示实验
二、实验目的：
（1）进一步熟悉QuartusII软件进行FPGA设计的流程
（2）掌握利用宏功能模块进行常用的计数器，译码器的设计
（3）学习和了解动态扫描数码管的工作原理的程序设计方法
三、实验原理：
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实验板上常用4位联体的共阳极7段数码管，其接口电路是把所有数码管的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个数码管由一个独立的公共极COM端控制。
当向数码管发送字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码时，但究竟是那个数码管亮，取决于COM端，这一端是由I/O控制的，所以就可以自行决定何时显示哪一位。动态扫描即采用分时方法，轮流控制各个LED轮流点亮。
在轮流点亮扫描过程中，每一位显示器的点亮时间是极为短暂的，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上每个显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。

⑵ 数码管动态显示工作原理

1、多个数码管的段码连接在一起，位码分别控制。

2、由于段码连接在一起，如果数码管全亮，则显示的数据相同，所以为了显示不同的数字，任何时刻，只能有一个数码管显示，其余不显示。

3、用软件使这几个数码管轮流显示我们需要的数字。

4、只要更新频率足够快（>100Hz），肉眼看起来，这些数码管就同时显示我们需要的数字了。

(2)数码管动态显示装置实验扩展阅读：

数码管的最常见形式有10个阴极，形状为数字0到9，某些数码管还有一个或两个小数点。然而也有其他类型的数码管显示字母、标记和符号。如一种“数码管”，其阴极为一个模板制成的面具，上面有数字形状的孔。一些俄罗斯的数码管，如IN-14，使用倒立的数字2代表5，大概是为了节约生产成本，而没有明显的技术或美学方面的原因。俄罗斯的数码管大部分都使用了倒立的2作为5。

将170伏的直流电压加在阴极和阳极之间，每一个阴极可以发出氖的的红橙色光。由于混合气体的不同，不同类型的数码管之间的颜色有所区别。寿命较长的数码管在制造中加入了汞，减少了溅射，结果发出的光的颜色为蓝色或紫色调。在某些情况下，这些颜色被玻璃上的红色或橙色过滤涂层过滤。

⑶ 什么是数码管动态显示

该实验用到实验板的资源电路图如下：

其中P0口是段码，低电平有效。P2口是位码，高电平有效。P2.0口控制第1个数码管，一直到P2.7口控制第8个。该板的段码表如下：

各个数码管的段码都是p0口的输出,即各个数码管输入的段码都是一样的, 为了使其分别显示不同的数字, 可采用动态显示的方式,即先只让最低位显示0(含点)，经过一段延时，再只让次低位显示1，如此类推。由视觉暂留,只要我们的延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚。过程如下图。

采用上述方法思路编写如下：

org 0000h

start: mov a,#08h ;0 ;段码
mov p0,a
mov p2,#01h ;位码
lcall delay_1ms

mov a,#0abh ;1
mov p0,a
mov p2,#02h
lcall delay_1ms

mov a,#12h ;2
mov p0,a
mov p2,#04h
lcall delay_1ms

mov a,#22h ;3
mov p0,a
mov p2,#08h
lcall delay_1ms

mov a,#0a1h ;4
mov p0,a
mov p2,#10h
lcall delay_1ms

mov a,#24h ;5
mov p0,a
mov p2,#20h
lcall delay_1ms

mov a,#04h ;6
mov p0,a
mov p2,#40h
lcall delay_1ms

; mov a,#0aah ;7
; mov p0,a
mov p0,#0aah ;感觉用这句和上面两句实现一样，可能这种习惯以后会有用吧
mov p2,#80h
lcall delay_1ms

ljmp start

delay_1ms: mov r6,#2
temp: mov r5,#0ffh
djnz r5,$
djnz r6,temp
ret
end

下载到板上得到测结果为从低到高八位分别显示0到7（含点）。

★ 上述方法逐次给P0或者P2赋值，一方面程序的复杂程度增加，另外一方面会使得程序的灵活性降低。如果要改变显示的数字，程序改动起来很麻烦。 所以要用51单片机中常用的一种方法：查表法。例如P0口输出段码时，我们可以把要显示的段码放在一个表格中，然后每次从这个表格里面取数，送到P0口即可。P2口输出位码时，可以把要用的位码放在另一个表格里，每次从此表中取数，送入P2口。这样，如果要改变显示的数字，只需要改变表格里面的数。

org 0000h

start: mov r7,#0ffh ;r7,r6查表时送入变址寄存器a (因自加1后为0,所以预置ffh)
mov r6,#0ffh
loop: lcall play1 ;调用显示段码子程序
lcall play2 ;调用显示位码子程序
lcall delay_1ms
cjne a,#80h,loop ;判断是否到了最左边的数,即第8个位码
ajmp start

play1: ;查表求段码子程序
; mov a,r7
; inc a
; mov r7,a

inc r7 ;这2句和上面三条语句实现功能相同
mov a,r7 ;a在这里做变址寄存器

mov dptr,#table1 ;表首址送dptr，dptr做基址寄存器
movc a,@a+dptr ;基址寄存器加变址寄存器寻址
mov p0,a
ret

play2: ;查表求位码子程序(原理同play1)
mov a,r6
inc a
mov r6,a
mov dptr,#table2
movc a,@a+dptr
mov p2,a
ret

table1: db 08h,0abh,12h,22h,0a1h,24h,04h,0aah ;段码表
table2: db 01h,02h,04h,08h,10h,20h,40h,80h ;位码表

delay_1ms: mov r5,#02h ;延时1ms子程序
temp: mov r4,#0ffh
djnz r4,$
djnz r5,temp
ret
end

下载到板上验证得到预想结果。

--------------------------------------------------------------------------------
C51实现如下(参考了AS的例程):

#include <reg51.h>
#include <intrins.h> // 包含了左移函数_crol_()

void delayms(unsigned char ms); // 延时子程序

unsigned char data dis_digit; // 位选通值, 传送到P2口用于选通当前数码管的数值,
// 如等于0x01时,选通P2.0口数码管

unsigned char code dis_code[11]={0x08,0xab,0x12,0x22,0xa1, // 0,1,2,3, 4
0x24,0x04,0xaa,0x00,0x20, 0xff}; // 5,6,7,8,9, off

unsigned char data dis_buf[8]; // dis_buf 显于缓冲区基地址

unsigned char data dis_index; // 显示索引, 用于标识当前显示的数码管和缓冲区的偏移量

void main()
{
P0 = 0xff; // 关闭所有数码管
P2 = 0x00;

dis_buf[0] = dis_code[0];
dis_buf[1] = dis_code[1];
dis_buf[2] = dis_code[2];
dis_buf[3] = dis_code[3];
dis_buf[4] = dis_code[4];
dis_buf[5] = dis_code[5];
dis_buf[6] = dis_code[6];
dis_buf[7] = dis_code[7];

dis_digit = 0x01; // 首先选通P2.0
dis_index = 0; // 当前偏移量为0

while(1)
{
P0 = dis_buf[dis_index]; // 段码送P0口
P2 = dis_digit; // 选能位(即位码)
delayms(1); // 延时
dis_digit = _crol_(dis_digit, 1); // 位选通左移, 下次选通下一位
dis_index++; // 下一个段码

dis_index &= 0x07; // 见注释
}

}
void delayms(unsigned char ms) // 延时子程序(晶振12M)
{
unsigned char i;
while(ms--)
{
for(i = 0; i < 120; i++);
}
}

★ 注释: 此句作用是8个数码管全部扫描完一遍之后，再回到第一个开始下一次扫描。写回一般形式：dis_index = dis_index & 0x07 。这种方法挺新，第一次见到，十六进制的07就是二进制的00000111，这样通过与操作可能控制循环了。比如dis_index 经第一次循环后值为00000001，和0x07与操作后值不变仍为0x01，第二次循环时，其值为0为0x02，与0x07后仍为0x02，一直到其值增为0x07时还是不变的，但再次循环后其值为0x80，再与0x07后就变成0x00了，这样又从初始循环了。此句可用 if (dis_index == 8) dis_index = 0 代替，效果一样。

★ 通过C51用上述方法实现时，其段码放在了数组dis_code[11]中，再通过缓冲区数组dis_buf[]将程序中要调用的值装入，这样就可以用下标（偏移量）访问了。这样看上去有些繁锁，但其思路比较清楚，结构上也很明了，具有通用性，便于扩展。

★ 另外只要把程序中的延时加长，如delayms(1000)，下载到板上就可以看到实际上数码管是由低位到高位逐位显示的。

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若单单就实现这个功能而言，可以直接调入段码数组dis_code[11]中下标从0到7的值，而不必再设置缓冲数组dis_buf[]，实现如下：

#include <reg51.h>
#include <intrins.h> //_crol_()用

void delayms(unsigned char ms); //延时子程序

unsigned char data dis_digit; //位选通值, 传送到P2口用于选通当前数码管的数值,
//如等于0x01时,选通P2.0口数码管

unsigned char code dis_code[11]={0x08,0xab,0x12,0x22,0xa1, // 0,1,2,3,4
0x24,0x04,0xaa,0x00,0x20, 0xff}; // 5,6,7,8,9,off

unsigned char data dis_index; //显示索引, 用于标识当前显示的数码管和缓冲区的偏移量

void main()
{
P0 = 0xff; // 关闭所有数码管
P2 = 0x00;

dis_index = 0; // 当前偏移量为0
dis_digit = 0x01; // 选通P2.0

while(1)
{
P0 = dis_code[dis_index]; // 段码送P0口
P2 = dis_digit; // 位码送P2口
delayms(1);

dis_digit = _crol_(dis_digit, 1); // 位选通左移, 下次选通下一位

dis_index++;
dis_index &= 0x07;
}
}
void delayms(unsigned char ms) // 延时子程序(晶振12M)
{
unsigned char i;
while(ms--)
{
for(i = 0; i < 120; i++);
}
}

★ 通本来是想通过以下方式实现一次循环的：

for (dis_index = 0; dis_index < 8; dis_index++)
{
P0 = dis_code[dis_index]; // 段码送P0口
P2 = dis_index+1; // 位码送P2口
delayms(1);
}

可得到的总是错误的结果：第0位到第2位这三位显示的是三个8，第3位显示的是7，高四位没有显示。加长延时逐位观察也没有发现错误的规律，对Keil的调试也不熟悉，先把问题留到这，待找出原因后再补上。

[2006.5.2] 找出原因啦，补上：

今天又看了一下，找到上面的错误出在哪了。当时是想用dis_index的值做为位码的,即第一位显示0时,段码为dis_code[0], 即dis_index值为0, 此时位码值为1。第二位显示1时,段码为dis_code[1],即dis_index值为1,此时位码值为2。所以就简单用了个加1运算，将P0口的偏移值与P2口的位码联系起来。但仔细想一下位码的原理，上述方法显然是错的，只要再验证一步就明白了，即当第3位显示2时，段码为dis_code[2], dis_index值为2，加1后为3，按上述方法时就将这个3作为了位码，而正确的位码应该是4 (00000100B)。所以出错。实际上这个对应关系是有的，但不是简简单单的加1，位码应该是2的dis_index次幂。即：
0－－1
1－－2
2－－4
3－－8
4－－16 ……
幂次运算函数flaot pow(float x, float y)包含在math.h中, 返回值为xy (float型):

for (dis_index = 0; dis_index < 8; dis_index++)
{
P0 = dis_code[dis_index]; // 段码送P0口
P2 = (char) pow(2, dis_index); // 位码送P2口
delayms(255);
}

再次下载到板上发现仍有问题, 即延时很小的时候显示混乱,但加大延时时间(如程序中的值)可以观查到数码管是按位正确显示的。另外用这种方法产生的代码量也很大(从写入速度看,很明显)。这里仅提出了一个思路，只在此实验中适用，意义不大，到此为止。

[补充结束]

--------------------------------------------------------------------------------

AS中绐出的例程是利用定时中断做的延时，参考修改到我的板上，程序如下：

#include <reg51.h>
#include <intrins.h> // 包含了左移函数_crol_()

unsigned char data dis_digit; // 位选通值, 传送到P2口用于选通当前数码管的数值,
// 如等于0x01时,选通P2.0口数码管

unsigned char code dis_code[11]={0x08,0xab,0x12,0x22,0xa1, // 0,1,2,3,4
0x24,0x04,0xaa,0x00,0x20, 0xff}; // 5,6,7,8,9,off

unsigned char data dis_buf[8]; // dis_buf 显于缓冲区基地址

unsigned char data dis_index; // 显示索引, 用于标识当前显示的数码管和缓冲区的偏移量

void main()
{
P0 = 0xff; //关闭所有数码管
P2 = 0x00;

TMOD = 0x01; // 00000001B 定时计数器0工作在方式1，16位定时器/计数器
TH0 = 0xFC;
TL0 = 0x17; // 预置初值 FC17H=64535D, 216-64535=1001us=1ms

IE = 0x82; // 10000010B T0溢出中断允许

dis_buf[0] = dis_code[0x0];
dis_buf[1] = dis_code[0x1];
dis_buf[2] = dis_code[0x2];
dis_buf[3] = dis_code[0x3];
dis_buf[4] = dis_code[0x4];
dis_buf[5] = dis_code[0x5];
dis_buf[6] = dis_code[0x6];
dis_buf[7] = dis_code[0x7];

dis_digit = 0x01; // 选通第0位数码管
dis_index = 0; // 偏移初值为0

TR0 = 1; // 启动T0
while(1); // 循环等待中断

}

void timer0() interrupt 1 // 定时器0中断服务程序, 用于数码管的动态扫描

{
TH0 = 0xFC; // 发生中断定时/计数器重装初值
TL0 = 0x17; // 感觉此处(及上)应该是0x18,而不是17，分析如下

P2 = 0x00; // 先关闭所有数码管
P0 = dis_buf[dis_index]; // 段码送P0口
P2 = dis_digit; // 位码送P2口

dis_digit = _crol_(dis_digit,1); // 位选通值左移, 下次中断时选通下一位数码管
dis_index++;

dis_index &= 0x07; // 8个数码管全部扫描完一遍之后，再回到第一个开始下一次扫描
}

★ 定时器/计数器的输入脉冲周期与机器周期一样, 为时钟振荡频率的1/12。晶振用12M时，输入脉冲周期间隔为1us。机器周期为 1us。设T0的初值为X，计算初值的方法：本例中定时器用方式1，是16位的定时器，即最大值为216＝65536，超过此值将发生溢出，引起中断，进入中断处理程序。这里要让其延时1ms，即1000us, 则有式216－X＝1000，可得X＝64536，换算为16进制为FC18，即初值TH0=0xFC，TL0=0x18。即定时器由64536开始计数，经1000次计数后值为65536，将发生定时中断，再进入中断处理子程序后，重新装和初值，如此循环下去。
而在上例中其装入的初值并非FC18（64536），而是FC17（64535）。我想大概认为其计数范围在0～65565的原因吧，我也想过这个问题，是用216-计数初值=中断间隔 呢,还是用(216-1)-计数初值=中断间隔呢? 随手查了几本书, 说法不一,不过用前者的较多, 我自己也认为前者比较合理, 因为在计算机中16位的二进制不能表示65536, 在各位均为1时表示的值为65535, 即65535H=1111111111111111B, 也可以说65536是溢出得到的。而何时响应中断就成了关键，拿上例来说，如设初值为64535（FC17），则计数到65535时，已经计数为1000个，即1ms，但此时并未发生溢出，因此也没有触发中断。而是在下一个计数后才发生。确切值应为1001us。若初值为64536（FC18），则恰好为所需值，所以上例中的初值应该用FC18而不是FC17。这仅仅是我自己的一点看法，至于是不是这样，还有待进一步考证。

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最终下载到实验板上结果：

######################################补充########################################

用Proteus仿真结果如下(某一状态的截图):

★ 该电路段码是按与板上接法对应的,即按前面的段码表次序连接。另外这个八位的仿真数码管最左端是第一位，最右端是第八位，与板上的顺序相反，所以接为了统一，该图以板为准连接。上图不加上拉电阻也可仿真出结果，只是P0口高电平显示为灰，即高阻。

⑷ 51机数码管动态显示

只改主程序就行了。
void main()//主程序
{
bit die;//移动方向标志位,0=向左,1=向右
uchar n,x;
while(1)
{
display(x);
n++;
if(n>40)
{
n=0;
if(die==0)//向左
{
x++;
if(x>7)
die=1;//改变方向
}
else//向右
{
x--;
if(x==0)
die=0;//改变方向
}
}
}
}
请采纳。