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路板上增加滤波电容，以提高器件的抗干扰能力。
本设计在每个电路芯片的电源引脚上都并接一个的电容，其作用是降低电路中因负载变化而引起的噪声、减少干扰信号并使信号稳定。如下图所示：
图2.5 滤波电路 2.4.4 FPGA的程序下载电路
FPGA通过门阵列方式为用户提供可编程资源，其内部逻辑结构的形成由配置数据决定的。这些配置数据通过外部控制电路或微处理器加载到FPGA内部中的SRAM中，在不掉电的情况下，这些逻辑结构将会始终被保持，从而完成用户编程所要实现的功能，由于SRAM的易失性，每次上电时，都必须对FPGA进行重新配置。
FPGA的配置主要分为两大类，主动配置方式和被动配置方式。主动配置方式由FPGA引导配置操作过程，控制外部存储器和初始化的进程。被动配置方式则由FPGA外部的计算机或控制器来控制配置过程。本设计所采用的是FPGA被动配置方式，FPGA的配置芯片使用ALTERA公司的芯片EPCS4-NEW。它的正常工作电压为3.3V，可配置3.3V器件。可以通过JTAG接口在3.3V电压下对FPGA芯片进行编程。如下图所示：
图2.6 FPGA下载电路
2.4.5 时钟发生电路
晶振即晶体振荡器，用来产生一个不间断的脉冲波形。FPGA通过它产生一个
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时钟信号，作为总的系统时钟来控制每个动作的时间及其快慢。在本系统中的采用的是20MHz的晶体振荡器。时钟发生电路的连线情况如下图所示：
图2.7 时钟发生电路 2.5 数码管的介绍 2.5.1 7数码管的组成
顾名思义7段数码管是由7个数码管组成具体排列方式如下图2.8所示。由这7个数码管的颜色可以组成各个数字，标点符号和所需要的图形。如根据数码（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9）来决定七段中的某一段或某几段进行绘制，如果数码为0，则显示0、1、2、3、4、5段；数码为1，则显示1、2段，依次类推。如下图所示：
图2.8 7段数码管引角图 2.5.2 数码管使用条件及注意事项 （1）段及小数点上加限流电阻。
（2）数码管显示的所有数字、字母、符号都是由发光的颜色组成。
（3）使用的电流在静态时总电流 80mA（每段 10mA）；在动态时平均电流 4-5mA
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峰值电流 100mA。
（4）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角。 （5）焊接温度：260度；焊接时间：5s。
（6）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。 2.6 LED的介绍
LED（Light Emitting Diode）即发光二极管是利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。 LED具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点。近几年来，它得到迅猛的发展和广泛的应用。从七十年代起，已有人开始用LED做为发光像素研制LED显示器。随着微机技术的发展和LED器件的成熟，LED 显示屏也得到迅猛的发展。
目前已研制出多种规格的LED屏，从色彩上讲有单色、多色、全色显示屏，从显示尺寸上讲，LED屏现已做到了数百平方米。现已形成了一个新兴的高科技产业。 最近，兰色、纯绿色超高亮发光二极管相继研制成功并已商品化，用LED制成室外;大彩电;已成为现实，它标志着 LED显示技术达到了一个新的高度。
3 软件方案设计
3.1 MaxplusⅡ软件的介绍 3.1.1 MaxplusⅡ简介
根据设计的要求我采用的是VHDL程序语言，在MaxplusⅡ软件上进行编程和验证。MaxplusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。MaxplusⅡ界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在MaxplusⅡ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。 3.1.2 MaxplusⅡ系统的特点
（1）应用界面广泛：MaxplusⅡ支持与Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。
（2） 与结构无关：MaxplusⅡ系统的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可编程逻辑器件提
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供了,世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。
（3）完全集成化：MaxplusⅡ的设计输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。
（4）丰富的设计库：MaxplusⅡ提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆功能（Mage-Function）。
（5）设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设计环境用户化。操作界面为下图所示：
图3.1 MaxplusⅡ 程序操作界面图 3.2 VHDL语言介绍 3.2.1 VHDL语言简介
VHDL的英文全写是：VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Descriptiong Language。翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言。因此它的应用主要是应用在数字电路的设计中。VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 。
目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。当然在一些实力较为雄厚的单位，它也被用来设计ASIC。VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模
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块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分）既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。 3.2.2 VHDL语言的特点
VHDL具有功能强大的语言结构而且设计灵活。可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言虽不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。 支持广泛、易于修改。由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言，目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL，这为VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础。在硬件电路设计过程中，主要的设计文件是用VHDL编写的源代码，因为VHDL易读和结构化，所以易于修改设计。
强大的系统硬件描述能力。VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。
独立于器件的设计、与工艺无关。设计人员用VHDL进行设计时，不需要首先考虑选择完成设计的器件，就可以集中精力进行设计的优化。当设计描述完成后，可以用多种不同的器件结构来实现其功能。很强的移植能力。VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持使得设计描述的移植成为可能。
易于共享和复用。VHDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计。
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