Yaskawa SGDR-SDA140A01BY22
Yaskawa SGDR-SDA140A01BY22在電子系統中,通常都需要有輸出設備來輸出或顯示一定的信息,以指示當前系統運行的狀態。在以單片機和 ARM 為主的電子系統中,液晶屏是理想的輸出設備。而 FPGA 則因為其獨特的硬件結構,如果用 RTL 級電路來驅動彩色液晶屏來顯示一定的數據,勢必是非常不劃算的選擇,而且驅動也極為復雜。數碼管作為一種能夠直觀顯示一定數據信息的輸出設備,具有驅動簡單、顯示直觀的特點,尤其適合作為 FPGA 系統的輸出設備。本節,我們就將和大家一起進行數碼管驅動的開發。
2. 實驗目的
實現 6 位 7 段數碼管的驅動,待顯示數據以 BCD 格式輸入。數碼管刷新時鐘為 1KHz。實驗使用了 4 個獨立按鍵作為輸入,通過按鍵來改變需要數碼管顯示的數據,以驗證數碼管驅動的正確性,同時也可檢驗獨立按鍵消抖模塊的可靠性。
3. 實驗內容
本實驗的內容是數碼管動態掃描驅動的設計,通過外部四位按鍵的不同操作來驅動數碼管顯示不同的值。
4. 實驗原理
數碼管所謂的動態掃描,就是利用人眼的視覺暫留特性,在人眼能分辨的變化速度以外,快速分時的點亮各個數碼管及其對應的段。因為分別點亮所有數碼管一次所用時間小于人眼的視覺暫留,因此,在人們眼里看來,這些數碼管都是同時持續點亮的,并不會有閃爍的感覺。
圖 1 為 3 位 7 段數碼管的等效電路圖,在這個圖中,可以明顯的看到 24個發光二極管被分為了三組,每一組的 8 個發光二極管正極被接在了一起,通過一個三極管與 VCC 相連。三極管的基極連接到了 FPGA 的 IO 上,因此,只需要 FPGA 對應的 IO 上給出低電平,三極管便會導通。而三組 LED 中所有的相同編號的 LED 的負極被連接在了一起,并接到了 FPGA 的 IO 上。如果我們希望將最左邊一組的 led0、led5、led7 三個編號的 led 燈點亮,其它 led 不亮,則只需要給 Q0 的基極(sel0)連接上低電平,并將 led0、led5、led7 的負極(a、f、h)連接上低電平,其它所有端口都輸出高電平,則最左邊一組的對應的三個 led 燈就會被點亮,而其它 led 則會處于熄滅狀態。 假如我們需要在三秒時間內,完成以下三次操作:第一次操作,點亮最左邊一組 led 燈的 led0、led5、led7;次操作,點亮中間一組 led 燈的 led1、led2、led3;第三次操作,點亮最右邊一組 led 燈的 led2、led4、led6;那么我們只需要按照如下表格中列出的真值表操作即可:
按照以上表格,我們就能知道該如何操作了,只需要在不同的時間給各個 IO 不同的電平,便能實現我們想要的亮滅組合。以上我們是以 1 秒為單位進行 led 組的切換的,假如我們將切換速度加快,變為 1 毫秒一切換,會是什么情況呢?在 1 毫秒一切換的速度下,完成所有操作所需時間為 3ms,遠遠超出了我們人眼所能辨識的變化速度范圍。如果我們讓以上三個操作永遠循環的進行下去,那么我們將看見三組 led 燈中,我們點亮的那幾個 led 是同時且一直處于亮著的狀態的,這便是動態掃描的原理,假如我們把每個 led做成一個長條型的,并按照如下形狀擺放,便就是我們常見的數碼管了。
5. 硬件設計
在這個圖中,共有 6 位數碼管,每個數碼管的正極被接在一個驅動三極管上,三極管的基極連接到三八譯碼器的 Y 端,則 FPGA 只需要三個引腳就可最多控制 8 個數碼管的位選。數碼管的段選在串接了 470 歐姆的電阻后與FPGA 的 IO 相連。這里 470 歐姆的電阻主要起到限流的作用,保證流過數碼管的電流在正常范圍內。
6. 系統結構框圖
Yaskawa SGDR-SDA140A01BY22
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