Оформление отчета
В соответствие с требованиями к отчету по лабораторной работе оформите пояснительную записку. Большинство документов можно распечатать или экспортировать из пакета Quartus II.
Контрольные вопросы:
Назовите способы построения комбинационных цифровых устройств, реализующих логические функции.
Назовите методы оптимизации логических выражений комбинационных цифровых автоматов.
Перечислите компоненты проекта Quartus II и структуру комплекса УНИЛ. Укажите последовательность внутрисистемного программирования ПЛИС Cyclone II.
Расскажите о механизме взаимодействия ПЛИС УНИЛ с виртуальными приборами ПЭВМ.
Лабораторная работа №2 «Управление жидкокристаллическим индикатором» Задание:
1. Реализовать с помощью логических элементов библиотеки Quartus II и УНИЛ систему управления 4-х разрядным жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ) для отображения 32 битных слов.
Ввод входных сигналов реализовать через виртуальные приборы wr_bit_0.. wr_bit_3 (4x8 = 32 бита).
2. Откомпилировать проект и загрузить в ПЛИС.
3. Составить битовую карту кодов управления сегментами индикатора.
4. Определить машинное слово для индикации 4 последних цифр номера своего студенческого билета.
Основные сведения о жки:
Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) представляет собой конденсатор, одна из обкладок которого выполнена прозрачной, а в качестве диэлектрика используется жидкокристаллическое вещество.
Жидкокристаллическое вещество это длинные полярные органические молекулы. В отсутствии электрического поля молекулы хаотично перемешиваются, и вещество представляет собой вязкую жидкость. В электрическом поле полярные молекулы ориентируются вдоль силовых линий поля, внутри вещества возникает выделенное направление в пространстве. Это явление характерно для кристаллов. По сравнению с жидкостью, у кристаллов резко изменяются оптические свойства: показатель преломления, плоскость поляризации, коэффициент поглощения и др.
ЖК - индикатор, работающий в отраженном свете, имеет зеркальную вторую обкладку конденсатора. Когда конденсатор не заряжен (нет электрического поля) падающий на конденсатор свет проходит первую прозрачную обкладку, жидкий диэлектрик, отражается от зеркальной обкладки и выходит обратно через жидкий диэлектрик и первую прозрачную обкладку конденсатора – конденсатор воспринимается светлым. Когда конденсатор заряжен (внутри конденсатора есть электрическое поле и диэлектрик имеет кристаллические свойства) падающий на конденсатор свет проходит первую прозрачную обкладку, кристаллический диэлектрик, в котором либо полностью поглощается, либо испытывает полное внутреннее преломление и обратно через первую прозрачную обкладку конденсатора не выходит – конденсатор воспринимается темным.
ЖКИ работающий в проходящем свете, имеет прозрачную вторую обкладку конденсатора, за которой устанавливается яркий светодиод. Когда конденсатор не заряжен (диэлектрик является жидкостью), он свободно пропускает свет светодиода. Когда конденсатор заряжен, диэлектрик становится непрозрачным кристаллом и конденсатор не пропускает свет светодиода и кажется темным.
Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) состоит из большого числа ЖКИ, вторая обкладка конденсатора которых общая, а первая (прозрачная) имеет форму символов, точек, сегментов и т.п. Изменяя электрическое поле под прозрачной обкладкой, можно делать соответствующую область на дисплее видимой или невидимой, окрашенной или неокрашенной.
И
Рисунок 6. Внешний вид ИЖЦ5-4/8
ндикатор ИЖЦ5-4/8 (рис. 11) имеет 32 сегмента (выводы 2 – 33), расположенные на общей отражательной обкладке (выводы 1,34). Сегменты сгруппированы в 4 разряда по 8 сегментов в каждом – «7-ми сегментный разряд с точкой».Сегменты «зажигаются» переменным электрическим полем с частотой 30 – 400 Гц и напряжением между общей обкладкой и выводом сегмента 1.2 – 5.5 В. С уменьшением частоты электрического поля возрастает контрастность изображения.
Внимание: При частотах электрического поля ниже 30 Гц происходит необратимая деструкция жидкокристаллического вещества диэлектрика конденсатора, и контрастность изображения падает до нуля!
У
правление
индикацией осуществляется электрическими
полями, создаваемыми между обкладкой
сегмента и общим электродом.
Е
сли
между обкладками сегментов ЖКИ
электрическое поле отсутствует или
потенциалы общей обкладки и сегмента
изменяются в одинаковой фазе (разность
потенциалов в любой момент времени
равна нулю), то соответствующие сегменты
«погашены». На рис. 12 изображен пример
такого поля. Здесь COM
(common) обозначает общий
электрод и индикатора (выв. 1,34 ).
Активное или «зажигающее» сегмент переменное электрическое поле возникает при изменении потенциалов общей обкладки и сегмента в противофазе. Это возможно, когда к общей обкладке и выводу сегмента приложены прямоугольные импульсы напряжения, сдвинутые по фазе на 180 градусов (рис. Error: Reference source not found).
Управление «свечением» сегмента осуществляется изменением фазы его прямоугольных импульсов относительно фазы прямоугольных импульсов общей обкладки на 0 или 180 градусов с помощью «управляемого инвертора» (XOR) или с помощью мультиплексора (MUX).
С
ледует
иметь в виду, что при подключении общего
вывода ЖКИ к земле, возникает пульсирующее
поле (рис. 14), которое является вредным
для кристаллов индикаторов. Следует
избегать такого подключения ЖКИ.
Интерфейсная часть контроллера ЖКИ изображена на рис. 3. Сам контроллер состоит из четырех последовательных регистров, в которые загружаются по 8 бит из управляющего 32 – битного слова. После полной загрузки слова в каждом регистре разряда оказывается «свой» байт, биты которого выводятся на соответствующие сегменты разряда.
З
адачами
управления индикаторами являются:
формирование 32 – битного слова, содержащего значение выводимой информации;
загрузка слова в регистры индикатора
Создание активных и нулевых полей на сегментах индикатора для отображения информации.
Структурная схема лабораторной установки изображена на рис.Error: Reference source not found
В программном пакете WinPLD активируются четыре виртуальных прибора для записи бит (wr_bit_0, wr_bit_1, wr_bit_2, wr_bit_3). С помощью них пользователь формирует 32 битное слово. wr_bit_0 формирует младшие биты слова, а wr_bit_3 формирует старшие разряды.
По USB интерфейсу это слово передается в одноименные модули плис (на рис. 15 обозначены как генератор 32-битного слова), которые формируют 32-разрядную шину Q. Данные с этой шины поступают в контроллер LCD. Этот контроллер состоит из буфера кода в который записывается сформированное число, системы чтения, записи буфера (на схеме не показан) и формирователя поля. Для работы контроллера требуется импульсы заданной частоты. Плата УНИЛ содержит тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой 44кГц. Эти импульсы через делитель частоты поступают на вход контроллера LCD.
Формирователь поля представляет узел, вычисляющий потенциал общего вывода ЖКИ с помощью операции «исключающего ИЛИ (XOR).