杭电数字电路课程设计-实验十八-数码管扫描显示实验

87 阅读 0 评论 58 点赞

我是靠谱客的博主激动红牛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍杭电数字电路课程设计-实验十八-数码管扫描显示实验，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

数码管扫描显示

- - 实验目的
  - 实验要求
  - 实验原理
  - 程序代码
  - 测试用例
  - 仿真波形图
  - 电路管脚图
  - 引脚配置文件
  - 数码管说明
  - 工程文件

实验目的

学习数码管的显示原理，掌握数码管的动态扫描方法。
掌握灵活运用Verilog HDL 语言进行各种描述与建模的技巧和方法。

实验要求

使用合适的描述方式编程实现规定功能的数码管扫描显示模块。
课前任务：在Xilinx ISE上完成创建工程、编辑程序源代码、编程、综合、仿真、验证，确保逻辑正确性。
实验室任务：配置管脚，生成*.bit文件，完成板级验证。
撰写实验报告。

实验原理

在这里插入图片描述
数码管扫描显示的实现方法：
要点亮某数码管，只需改变位选信号AN[3:0]以选择对应的数码管。要使该数码管显示特定的数值，需要对段选信号CA~CG进行特定的赋值，根据想要显示的数值向不同的段选信号输入有效信号。要使数码管上稳定地显示4个数字，只需分时选通各个数码管显示其对应的数字，并且设置一个较高的刷新频率即可。
为实现数码管内部的轮流选通显示，设置了一个会随时钟脉冲改变的内部变量BIT_SEL[1:0]来选择数码管以及要显示的数值。设置了一个16位寄存器来存放累加数据，每4位对应一个10进制位，并设置了一种特殊的进位方法实现16进制进位到10进制进位的转换。第一个数码管显示[15:12]，依次类推。

程序代码

module shumaguan(
input ST,
input CLR,
input clk_25M,
output [3:0] AN,
output [7:0] SEG
);
reg[15:0] Data;
reg[3:0] Data_4;
wire[1:0] BIT_SEL;
reg Increment;
//脉冲
integer clk_num=0; //计数器
delay_5ms uu1(clk_25M,BIT_SEL);
initial begin Data <= 16'b0; Increment = 1'b0;end
always@(posedge clk_25M)
begin
if(clk_num<5000000)
begin
clk_num=clk_num+1;
Increment
= 1'b0;
end
else
begin
clk_num=0;
Increment
= 1'b1;
end
end
always@(posedge CLR
or posedge Increment)
if(CLR)
begin
Data <= 16'b0000000000000000;
end
else if(ST)
begin
if(Data[3:0]==4'b1001)begin
Data[3:0]<=4'b0000;
if(Data[7:4]==4'b1001)begin
Data[7:4]<=4'b0000;
if(Data[11:8]==4'b1001)begin
Data[11:8]<=4'b0000;
if(Data[15:12]==4'b1001)
Data[15:12]<=4'b0000;
else
Data[15:12]<=Data[15:12]+4'b0001;
end
else
Data[11:8]<=Data[11:8]+4'b0001;
end
else
Data[7:4]<=Data[7:4]+4'b0001;
end
else
Data[3:0]<=Data[3:0]+4'b0001;
end
always @(*)	// case（BIT_SEL）控制每个数码管显示对应位的数字
//根据BIT_SEL，将要显示的4位十六进制数赋给Data_4
begin
case(BIT_SEL)
0:Data_4[3:0]<=Data[15:12];
1:Data_4[3:0]<=Data[11:8];
2:Data_4[3:0]<=Data[7:4];
3:Data_4[3:0]<=Data[3:0];
default:Data_4[3:0]<=Data[3:0];
endcase
end
SMG uu2(Data_4,BIT_SEL,SEG,AN);
endmodule
module delay_5ms(clk_25M,BIT_SEL);
input clk_25M;
output reg[1:0] BIT_SEL;
integer cnt=0;
initial begin BIT_SEL <= 2'b00;end
always@(posedge clk_25M)
begin
cnt<=cnt+1;
if(cnt>50000)
begin
BIT_SEL<=BIT_SEL+2'b01;
cnt<=0;
end
end
endmodule
module SMG(
input wire[3:0] data,
//要显示的数字
input wire[1:0] bit_sel,
//数码管选择，00~11 最左到最右
output reg[7:0] seg,
//段选
output reg[3:0] AN
//位选
);
always @(*)
begin
case(bit_sel)
2'b00:AN<=4'b1000;
2'b01:AN<=4'b1001;
2'b10:AN<=4'b1010;
2'b11:AN<=4'b1011;
default:AN<=4'b1111;
endcase
end
always @(*)
begin
case(data[3:0])
0:seg[7:0]<=8'b00000011;
1:seg[7:0]<=8'b10011111;
2:seg[7:0]<=8'b00100101;
3:seg[7:0]<=8'b00001101;
4:seg[7:0]<=8'b10011001;
5:seg[7:0]<=8'b01001001;
6:seg[7:0]<=8'b01000001;
7:seg[7:0]<=8'b00011111;
8:seg[7:0]<=8'b00000001;
9:seg[7:0]<=8'b00001001;
default:seg[7:0]<=8'b11111111;
endcase
end
endmodule

测试用例

	initial begin
CLR = 0;
ST= 0;
clk_25M = 0;
#100;
CLR = 0;
ST= 1;
end
always #20 clk_25M=~clk_25M;
endmodule

仿真波形图

在这里插入图片描述
从波形图可以看出，当时钟脉冲到达一定数量时，位选信号AN[3:0]和段选信号SEG[7:0]发生改变，以实现数码管的切换以及显示数据的切换。因为切换的频率极高，肉眼看上去则为四个数码管同时显示。

电路管脚图

在这里插入图片描述

引脚配置文件

NET "ST" LOC = T3;
NET "ST" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "CLR" LOC = U3;
NET "CLR" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "AN[3]" LOC = L21;
NET "AN[3]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "AN[2]" LOC = M22;
NET "AN[2]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "AN[1]" LOC = M21;
NET "AN[1]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "AN[0]" LOC = N22;
NET "AN[0]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[7]" LOC = H19;
NET "SEG[7]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[6]" LOC = G20;
NET "SEG[6]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[5]" LOC = J22;
NET "SEG[5]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[4]" LOC = K22;
NET "SEG[4]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[3]" LOC = K21;
NET "SEG[3]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[2]" LOC = H20;
NET "SEG[2]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[1]" LOC = H22;
NET "SEG[1]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "SEG[0]" LOC = J21;
NET "SEG[0]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "ST" PULLDOWN;
NET "CLR" PULLDOWN;
NET "clk_25M" IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET "clk_25M" LOC = H4;

数码管说明

在实验中，如果感觉数字闪烁，表示数码管选择的刷新率太低了，肉眼能够观察出来，因此应该提高刷新率，即接收更少的电平脉冲就改变一次数码管的位选和段选信号。
在实验中，我还遇到了数码管的位选信号无法确定的问题，因此我代入不同的位选信号参数进行验证，根据输入的位选信号观察亮起的是第几个数码管，最终总结出位选信号的规律如下：
我的代码中AN[3:0]分别对应DS3~DS0
位选信号为1100 1101 1110 1111分别对应左数第5-8个数码管
因此我总结出规律 AN[3]，即DS3为使能信号，1为使能。
后三位分别为选择信号，0表示有效，DS2为高位，因此
1100 1101 1110 1111 分别代表 3 2 1 0，则数码管从左往右对应7-0
左数第一个数码管位选信号为1000（7）右数第一个数码管位选信号为1111（0）

在这里插入图片描述