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1.1 總(zǒng)體(tǐ)設計(jì)
1.1.1 概述
LED數碼管(guǎn)以(yǐ)發(fà)光(guāng)二(èr)极(jí)管(guǎn)作为(wèi)發(fà)光(guāng)單元(yuán)，顔色(sè)有(yǒu)單紅(hóng)，黃，藍(lán)，綠(lǜ)，白，黃綠(lǜ)等效果(guǒ)，并且可(kě)以(yǐ)構造成(chéng)“8”字(zì)形。數碼管(guǎn)根(gēn)據(jù)LED的(de)接法不(bù)同(tóng)分(fēn)为(wèi)共(gòng)陰和(hé)共(gòng)陽两(liǎng)類(lèi)，它(tā)们(men)的(de)發(fà)光(guāng)原理是(shì)一(yī)樣(yàng)的(de)，只(zhī)是(shì)它(tā)们(men)的(de)電(diàn)源极(jí)性(xìng)不(bù)同(tóng)而(ér)已。
數碼管(guǎn)可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)驅動(dòng)電(diàn)路(lù)来(lái)驅動(dòng)內(nèi)部(bù)的(de)各(gè)个(gè)段(duàn)碼，從而(ér)顯示出(chū)需要(yào)的(de)數字(zì)。根(gēn)據(jù)數碼管(guǎn)驅動(dòng)方(fāng)式的(de)不(bù)同(tóng)，可(kě)以(yǐ)将其分(fēn)为(wèi)静(jìng)态式和(hé)動(dòng)态式两(liǎng)類(lèi)。
1.1.2 設計(jì)目标(biāo)
完成(chéng)數碼管(guǎn)的(de)顯示，具體(tǐ)功能(néng)要(yào)求如(rú)下(xià)：
1. 間(jiān)隔1s切(qiè)換數碼管(guǎn)位選，做到(dào)數碼管(guǎn)從左(zuǒ)到(dào)右(yòu)流動(dòng)顯示的(de)效果(guǒ)；
2. 數碼管(guǎn)顯示的(de)數值從0開(kāi)始，每切(qiè)換一(yī)位位選數值加一(yī)；
1.1.3信(xìn)号(hào)列表(biǎo)
1.1.4設計(jì)思(sī)路(lù)
數碼管(guǎn)顯示原理
數碼管(guǎn)的(de)8个(gè)顯示字(zì)段(duàn)”a、b、c、d、e、f、g、h”对(duì)應(yìng)顯示面(miàn)板的(de)位置如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
數碼管(guǎn)顯示數字(zì)0到(dào)9对(duì)應(yìng)的(de)gfedcba值如(rú)下(xià)表(biǎo)所(suǒ)示。
表(biǎo)5- 1 數碼管(guǎn)顯示數字(zì)與(yǔ)字(zì)段(duàn)值的(de)对(duì)應(yìng)關(guān)系(xì)
數碼管(guǎn)静(jìng)态驅動(dòng)是(shì)指每个(gè)數碼管(guǎn)的(de)每一(yī)个(gè)段(duàn)碼都通(tòng)过(guò)一(yī)个(gè)I/O端口(kǒu)進(jìn)行驅動(dòng)，或(huò)使用(yòng)如(rú)BCD碼二(èr)-十(shí)進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅動(dòng)，也(yě)稱直(zhí)流驅動(dòng)。静(jìng)态驅動(dòng)編程簡單，顯示亮(liàng)度(dù)高(gāo)，但占用(yòng)的(de)I/O端口(kǒu)多(duō)，这(zhè)里(lǐ)不(bù)使用(yòng)这(zhè)種(zhǒng)方(fāng)法。
數碼管(guǎn)動(dòng)态驅動(dòng)是(shì)将所(suǒ)有(yǒu)數碼管(guǎn)的(de)8个(gè)顯示字(zì)段(duàn)"a、b、c、d、e、f、g、h"的(de)同(tóng)名端連(lián)接在(zài)一(yī)起，此(cǐ)外(wài)每个(gè)數碼管(guǎn)的(de)公共(gòng)极(jí)COM需增加由(yóu)各(gè)自(zì)独立I/O線(xiàn)控制的(de)位選通(tòng)控制電(diàn)路(lù)。當要(yào)輸出(chū)某一(yī)字(zì)形碼时(shí)，所(suǒ)有(yǒu)數碼管(guǎn)都会(huì)接收(shōu)到(dào)相同(tóng)的(de)字(zì)形碼，但究竟是(shì)哪个(gè)數碼管(guǎn)会(huì)顯示出(chū)字(zì)形取(qǔ)決于(yú)單片(piàn)機(jī)对(duì)位選通(tòng)COM端電(diàn)路(lù)的(de)控制。只(zhī)需将顯示數碼管(guǎn)的(de)選通(tòng)控制打(dǎ)開(kāi)，該位就(jiù)会(huì)顯示出(chū)字(zì)形，而(ér)沒(méi)有(yǒu)選通(tòng)的(de)數碼管(guǎn)并不(bù)会(huì)點(diǎn)亮(liàng)。數碼管(guǎn)特(tè)定(dìng)的(de)發(fà)光(guāng)二(èr)极(jí)管(guǎn)段(duàn)加上(shàng)電(diàn)壓後(hòu)，这(zhè)些特(tè)定(dìng)的(de)段(duàn)就(jiù)会(huì)發(fà)亮(liàng)，并且當每位元(yuán)數碼管(guǎn)的(de)點(diǎn)亮(liàng)时(shí)間(jiān)为(wèi)1～20ms，由(yóu)于(yú)人(rén)的(de)視覺暫留現(xiàn)象(xiàng)及(jí)發(fà)光(guāng)二(èr)极(jí)體(tǐ)的(de)餘輝效應(yìng)，盡管(guǎn)实際上(shàng)各(gè)位數碼管(guǎn)并非(fēi)同(tóng)时(shí)點(diǎn)亮(liàng)，但只(zhī)要(yào)掃描的(de)速度(dù)足够快(kuài)，給(gěi)人(rén)的(de)印(yìn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)一(yī)組稳定(dìng)的(de)顯示資料，不(bù)会(huì)有(yǒu)閃爍感(gǎn)，使得動(dòng)态顯示的(de)效果(guǒ)和(hé)静(jìng)态顯示是(shì)一(yī)樣(yàng)的(de)，这(zhè)樣(yàng)能(néng)够节(jié)省(shěng)大量(liàng)的(de)I/O口(kǒu)，而(ér)且功耗更(gèng)低。
以(yǐ)下(xià)是(shì)MP801開(kāi)發(fà)板对(duì)應(yìng)的(de)數碼管(guǎn)原理图(tú)，并且是(shì)共(gòng)陽极(jí)的(de)數碼管(guǎn)：
工程架構
根(gēn)據(jù)設計(jì)目标(biāo)将現(xiàn)象(xiàng)翻譯成(chéng)信(xìn)号(hào)表(biǎo)示如(rú)下(xià)：
第(dì)1秒(miǎo)，數碼管(guǎn)0顯示數字(zì)“0”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b1111_1110，seg_ment的(de)值为(wèi)8’b1100_0000；
第(dì)2秒(miǎo)，數碼管(guǎn)1顯示數字(zì)“1”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b1111_1101，seg_ment的(de)值为(wèi)8'b1111_1001；
第(dì)3秒(miǎo)，數碼管(guǎn)2顯示數字(zì)“2”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b1111_1011，seg_ment的(de)值为(wèi)8'b1010_0100；
第(dì)4秒(miǎo)，數碼管(guǎn)3顯示數字(zì)“3”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b1111_0111，seg_ment的(de)值为(wèi)8'b1011_0000；
第(dì)5秒(miǎo)，數碼管(guǎn)4顯示數字(zì)“4”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b1110_1111，seg_ment的(de)值为(wèi)8'b1001_1001；
第(dì)6秒(miǎo)，數碼管(guǎn)5顯示數字(zì)“5”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b1101_1111，seg_ment的(de)值为(wèi)8'b1001_0010；
第(dì)7秒(miǎo)，數碼管(guǎn)6顯示數字(zì)“6”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b1011_1111，seg_ment的(de)值为(wèi)8'b1000_0010；
第(dì)8秒(miǎo)，數碼管(guǎn)7顯示數字(zì)“7”，即seg_sel的(de)值为(wèi)8’b0111_1111，seg_ment的(de)值为(wèi)8'b1111_1000；
第(dì)九秒(miǎo)，回(huí)到(dào)數碼管(guǎn)0顯示數字(zì)“0”，以(yǐ)此(cǐ)進(jìn)行循环(huán)。
總(zǒng)結發(fà)現(xiàn)，數碼管(guǎn)每隔1秒(miǎo)進(jìn)行變(biàn)化(huà)，且8个(gè)數碼管(guǎn)轮流顯示。
因(yīn)此(cǐ)本(běn)工程用(yòng)到(dào)了(le)三(sān)个(gè)計(jì)數器的(de)架構，具體(tǐ)架構如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示：
1秒(miǎo)計(jì)數器cnt_1s：用(yòng)于(yú)計(jì)算1s的(de)时(shí)間(jiān)，加一(yī)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)1，表(biǎo)示一(yī)直(zhí)在(zài)計(jì)數；數到(dào)50,000,000下(xià)，表(biǎo)示數到(dào)1s就(jiù)結束(shù)。
位選計(jì)數器sel_cnt：用(yòng)于(yú)區(qū)分(fēn)選通(tòng)的(de)數碼管(guǎn)，加一(yī)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)end_cnt_1s，表(biǎo)示每間(jiān)隔1秒(miǎo)的(de)时(shí)間(jiān)後(hòu)，切(qiè)換選通(tòng)下(xià)一(yī)个(gè)數碼管(guǎn)；數到(dào)8下(xià)，表(biǎo)示8个(gè)數碼管(guǎn)都選通(tòng)过(guò)一(yī)轮了(le)。
1.1.5參考代(dài)碼
module seg_disp(
rst_n ,
clk ,
seg_sel ,
segment
);
parameter TIME_1S = 50_000_000 ;
parameter SEG_WID = 8 ;
parameter SEG_NUM = 8 ;
parameter CNT_WID = 10 ;
parameter TIME_20US = 10'd1000 ;
parameter NUM_0 = 8'b1100_0000;
parameter NUM_1 = 8'b1111_1001;
parameter NUM_2 = 8'b1010_0100;
parameter NUM_3 = 8'b1011_0000;
parameter NUM_4 = 8'b1001_1001;
parameter NUM_5 = 8'b1001_0010;
parameter NUM_6 = 8'b1000_0010;
parameter NUM_7 = 8'b1111_1000;
parameter NUM_8 = 8'b1000_0000;
parameter NUM_9 = 8'b1001_0000;
parameter NUM_ERR = 8'b1111_1111;
input clk ;
input rst_n ;
output [SEG_WID - 1:0] seg_sel ;
output [SEG_WID - 1:0] segment ;
reg [SEG_WID - 1:0] seg_sel ;
reg [SEG_WID - 1:0] segment ;
reg [ 31 : 0] cnt_1s ;
reg [SEG_NUM - 1:0] sel_cnt ;
reg [ 4 - 1 : 0] seg_tmp ;
wire add_cnt_1s ;
wire end_cnt_1s ;
wire add_sel_cnt ;
wire end_sel_cnt ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
cnt_1s <= 0;
end
else if(add_cnt_1s) begin
if(end_cnt_1s)
cnt_1s <= 0;
else
cnt_1s <= cnt_1s+1 ;
end
end
assign add_cnt_1s = 1;
assign end_cnt_1s = add_cnt_1s && cnt_1s == TIME_1S-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
sel_cnt <= 0;
end
else if(add_sel_cnt)begin
if(end_sel_cnt)
sel_cnt <= 0;
else
sel_cnt <= sel_cnt + 1;
end
end
assign add_sel_cnt = end_cnt_1s;
assign end_sel_cnt = add_sel_cnt && sel_cnt == SEG_NUM-1;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
seg_sel <= {SEG_NUM{1'b1}};
end
else begin
seg_sel <= ~(1'b1 << sel_cnt);
end
end
always @(*)begin
if(rst_n==1'b0)
seg_tmp = {SEG_NUM{1'b1}};
else
seg_tmp = sel_cnt ;
end
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
segment<=NUM_0;
end
else begin
case (seg_tmp)
0 : segment <= NUM_0;
1 : segment <= NUM_1;
2 : segment <= NUM_2;
3 : segment <= NUM_3;
4 : segment <= NUM_4;
5 : segment <= NUM_5;
6 : segment <= NUM_6;
7 : segment <= NUM_7;
8 : segment <= NUM_8;
9 : segment <= NUM_9;
default : segment <= NUM_ERR;
endcase
end
end
endmodule
1.2 效果(guǒ)和(hé)總(zǒng)結
下(xià)图(tú)是(shì)該工程在(zài)db603開(kāi)發(fà)板上(shàng)的(de)現(xiàn)象(xiàng)
下(xià)图(tú)是(shì)該工程在(zài)mp801開(kāi)發(fà)板上(shàng)的(de)現(xiàn)象(xiàng)
下(xià)图(tú)是(shì)該工程在(zài)ms980試验(yàn)箱上(shàng)的(de)現(xiàn)象(xiàng)
温(wēn)馨提(tí)示：明(míng)德揚2023推出(chū)了(le)全(quán)新課程——邏輯設計(jì)基本(běn)功修煉課，降低学習FPGA門(mén)檻的(de)同(tóng)时(shí)，增加了(le)学習的(de)趣味性(xìng)，并組織了(le)考試赢積分(fēn)活動(dòng)
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