基于CPLD的驅動數碼顯示電路設計案例

顯示原理：
八段數碼顯示管如圖1.1 所示，八段數碼管每一段為一發光二極管，共有a～g 以及小數點dp 八個發光二極管。將八段數碼管中的每個二極管的陰極并聯在一起，組成公共陰極端。這樣把共陰極管腳接地，此時哪個管腳輸入高電平，對應發光二極管就被點亮。

圖 1.1 八段數碼顯示管

CL5461AS 數碼管管腳圖如圖1.2 所示，它將四個數碼顯示管的a～g 及小數點dp 管腳并聯在一起，作為數碼管數據輸入端；分別引出各個數碼管的陰極A1～A4。

圖1.2 CL5461AS 數碼管管腳圖

只要在A1～A4 管腳上輪流加低電平其頻率大于40Hz，可實現四個數碼管同時被點亮的視覺效果。在點亮不同數碼管的同時輸入不同的數據，即可在數碼管上同時顯示四位不同的數字。例如：四個數碼管要顯示9876 數字。第一個數碼管A1 加低電平，其余A2、A3、 A4高電平，同時數碼管輸入和9 對應的數據；然后第二個數碼管A2 加低電平，其余A1、A3 、A4 高電平，同時數碼管輸入和8 對應的數據；然后第三個數碼管A3 加低電平，其余A1、A2 、A4 高電平，同時數碼管輸入和7 對應的數據；然后第四個數碼管A4 加低電平，其余A1、A2 、A3 高電平，同時數碼管輸入和6 對應的數據；周而復始重復上述過程，四個數碼管就顯示9876 數字。

驅動八位數碼管顯示電路框圖
用CPLD 設計一個驅動八位數碼管顯示電路。八位數碼管管腳圖如圖1.2 所示。
用兩個CL5461AS 數碼管接成一個八位數碼管顯示，將兩個CL5461AS 數碼管的a～g 及小數點dp 管腳并聯在一起，兩個CL5461AS 數碼管的陰極A1～A4 定義為Vss0、Vss1、Vss2、Vss3、Vss4、Vss5、Vss6、Vss7。
用CPLD 設計一個驅動八位數碼管顯示電路的框圖如圖1.4 所示。

圖1.4 驅動八位數碼管顯示電路框圖

時鐘脈沖計數器的輸出同時作為 3 線—8 線譯碼器、八選一數據選擇器地址碼的輸入。
時鐘脈沖計數器的輸出經過3 線—8 線譯碼器譯碼其輸出信號接到八位數碼管的陰極Vss0、Vss1、Vss2、Vss3、Vss4、Vss5、Vss6、Vss7 端。要顯示的數據信息Ａ～Ｈ中哪一個，通過八選一數據選擇器的地址碼來選擇，選擇出的數據信息經七段譯碼器譯碼接數碼管的a～g 管腳。這樣八個數碼管就可以輪流顯示八個數字，如果時鐘脈沖頻率合適，可實現八個數碼管同時被點亮的視覺效果。

模塊及模塊功能：
1.3.1 時鐘脈沖計數器模塊
時鐘脈沖計數器模塊CN8 如圖1.5 所示。CN8 模塊輸入信號是時鐘脈沖clk，其頻率大于40Hz，每遇到一個時鐘脈沖clk 上升沿，內部累加器便加一，再把累加器所得結果以2進制數的形式輸出。要顯示八位數字，所以用3 位2 進制數作為輸出。輸出信號為cout[0..2]。

圖 1.5 時鐘脈沖計數器模塊CN8

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity cn8 is
port(clk:in std_logic;
cout:out std_logic_vector(2 downto 0));
end cn8;
architecture rtl of cn8 is
signal q: std_logic_vector(2 downto 0);
begin
process(clk)
begin
if (clk'event and clk='1' ) then
if (q=7) then
q=000;
else
q=q+1;
end if;
end if;
end process;
cout=q;
end rtl;

1.3.2 3-8線譯碼器模塊
3-8 線譯碼器模塊DECODER3_8 如圖1.6 所示。DECODER3_8 模塊的輸入端是A[2..0]接收時鐘脈沖計數器CN8 模塊的輸出信號，經過譯碼后輸出信號Q[7..0]分別接八個數碼管的陰極Vss7、Vss6、Vss5、Vss4、Vss3、Vss2、Vss1、Vss0，使對應的數碼管的陰極為低電平，對應的數碼管被點亮。要顯示八位數字，需要八個輸出端，所以做成3-8 線譯碼器。

圖 1.6 3-8 線譯碼器模塊DECODER3_8

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity decoder3_8 is
port(a:in std_logic_vector(2 downto 0);
q:out std_logic_vector(7 downto 0));
end decoder3_8;
architecture rtl of decoder3_8 is
begin
process(a)
begin
case a is
when 000=>q=11111110;
when 001=>q=11111101;
when 010=>q=11111011;
when 011=>q=11110111;
when 100=>q=11101111;