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数码管静态显示

时间：2023-08-29 23:53:33

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数码管静态显示

文章目录

前言一、数码管简介二、数码管连接方式2.1 共阴极2.2 共阳极2.3 数码管真值表三、数码管驱动方式3.1 静态显示3.2 动态显示四、Cyclone IV数码管原理图五、试验任务5.1 任务描述5.2 系统框图5.3 模块原理图5.4 模块代码5.5 测试代码5.6 功能仿真六、引脚分配七、运行效果总结

前言

上期课程中，我们使用了按键控制蜂鸣器。本期课程中，我们将学习Cyclone IV开发板上新的器件—数码管，也称作辉光管，是一种可以显示数字和其他信息的电子设备。

一、数码管简介

数码管分七段数码管和八段数码管。七段和八段的区别在于，是否包括小数点DP（Digital Point）。本实验中使用的是数码管是8段数码管，每段是由led组成。通过控制每段led的亮灭，来控制数码管显示不同的数字和字母。

图1. 基本的数码管

使用基本的数码管，可以构成不同型号的数码管，如图2所示。

图2. 不同型号数码管图3. 正负、N型、米子型数码管使用N型数码管可以显示N，但是图1中基本的数码管，是没有办法显示N。

二、数码管连接方式

图4. 数码管连接方式

2.1 共阴极

如图4中（b）所示，a—dp为输入端，全部在二极管的正极，二极管的负极共同接地。只有当a—dp输入为高电平的时候，二极管才导通，然后对应的段发亮。

2.2 共阳极

如图4中（c）所示，a—dp为输入端，全部在二极管的负极，二极管的正极极共同接+5v(高电平)。只有当a—dp输入为低电平的时候，二极管才导通，然后对应的段发亮。

2.3 数码管真值表

要显示不同的数字或者字母，就要选择点亮对应的led段。图5中对应的是cyclone IV开发板上数码管的真值表，可以通过查找该表来显示我们想要的数字或者字母。

图5. 数码管真值表

三、数码管驱动方式

3.1 静态显示

在静态显示中，只考虑段选信号。在不同的时刻，各个位选信号保持不变，并根据真值表，选择要显示的数字或者字母。

图6. 数码管静态显示

3.2 动态显示

在动态显示中，需要将位选信号考虑进来。在不同的时刻，各个位的位选信号随时改变，并根据真值表，选择显示不同的数字或者字母。

图7. 数码管动态显示

四、Cyclone IV数码管原理图

Cyclone IV开发板中的数码管是共阳极，所以数码管中需要给低电平，对应的led段才会亮。位选信号原理图如图8所示，位选信号也是需要低电平有效。

图8. 数码管原理图

五、试验任务

5.1 任务描述

六个数码管同时间隔0.5s显示0-f。要求：使用一个顶层模块，调用计时器模块和数码管静态显示模块。

图9. 模块关系示意图

5.2 系统框图

图10. 系统框图

5.3 模块原理图

图11. 模块原理图

5.4 模块代码

创建time_count文件，并编写 time_count模块代码。

module time_count(inputclk ,//50MHz时钟信号input rst_n,//复位信号outputreg flag//一个时钟周期的脉冲信号);parameter MAX_NUM = 25'd25_000_000;//计数器最大计数值reg [24:0] cnt ; //时钟分频计数器//计数器对时钟计数，每0.5s，输出一个时钟周期脉冲信号always @(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begin//按复位时flag <= 1'b0;//信号为0cnt <= 25'd0;//计数器清零endelse if(cnt < MAX_NUM - 1'b1)begin//如果没到时间flag <= 1'b0;//信号为0cnt <= cnt + 1'b1;//计数器正常累计+1endelsebegin //否则到时间flag <= 1'b1;//信号变为1cnt <= 25'd0;endendendmodule

创建seg_led_static文件，并编写 seg_led_static模块代码。

moduleseg_led_static(inputclk,inputrst_n ,inputflag ,outputreg [5:0] sel,//数码管位选信号outputreg [7:0] seg //数码管段选信号);reg [3:0]num;//数码管显示十六进制数//控制数码管位选信号(注:低电平有效),选中所有的数码管always @(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)//如果按复位键0sel <= 6'b111111;//则默认为高电平else sel <= 6'b000000;//否则为低电平end//每次通知信号flag到达时，数码管计数加1always @(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)num <=4'h0;else if(flag)beginif(num < 4'hf)num <= num + 1'h1;else num <= 4'h0;endelse beginnum <= num;endend//根据数码管显示的数值，控制段选信号always @(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)seg <= 8'b0;else begincase(num)//匹配16进制数4'h0: seg <= 8'b1100_0000;//匹配到后参考共阳极真值表4'h1: seg <= 8'b1111_1001;4'h2: seg <= 8'b1010_0100;4'h3: seg <= 8'b1011_0000;4'h4: seg <= 8'b1001_1001;4'h5: seg <= 8'b1001_0010;4'h6: seg <= 8'b1000_0010;4'h7: seg <= 8'b1111_1000;4'h8: seg <= 8'b1000_0000;4'h9: seg <= 8'b1001_0000;4'ha: seg <= 8'b1000_1000;4'hb: seg <= 8'b1000_0011;4'hc: seg <= 8'b1100_0110;4'hd: seg <= 8'b1010_0001;4'he: seg <= 8'b1000_0110;4'hf:seg <= 8'b1000_1110;default : seg <= 8'b1100_0000;endcaseendendendmodule

创建top_seg_led_static文件，并编写top_seg_led_static模块代码：

module top_seg_led_static(inputclk ,//50MHz系统时钟input rst_n,//系统复位信号(低有效)output[5:0] sel ,//数码管位选output [7:0] seg//数码管段选);parameterMAX_NUM = 25'd25_000_000;// 数码管变化的时间间隔0.5swireadd_flag;// 数码管变化的通知信号//每隔0.5s产生一个时钟周期的脉冲信号time_count #(.MAX_NUM(MAX_NUM)) u_time_count(.clk(clk) ,//50MHz时钟信号.rst_n(rst_n),//复位信号.flag(add_flag)//一个时钟周期的脉冲信号);//每当脉冲信号到达时，使数码管显示的数值加1seg_led_static u_seg_led_static(.clk(clk) ,.rst_n(rst_n) ,.flag (add_flag),.sel(sel) ,.seg(seg));endmodule

5.5 测试代码

创建top_seg_led_static_tb文件，并编写top_seg_led_static_tb测试模块代码：

`timescale 1ns/1nsmodule top_seg_led_static_tb();reg clk ;reg rst_n ;wire [5:0]sel ;wire [7:0] seg ;parameter CYCLE = 5'd20;//周期20nsparameter MAX_NUM = 8'd100;//调小间隔时间100*20nsalways #(CYCLE/2) clk = ~clk;//翻转时钟initial beginclk = 0 ;//时钟初始为0rst_n = 0 ;//复位初始为0#(CYCLE) ;//延迟20nsrst_n = 1 ;//复位置1#(16*MAX_NUM*CYCLE);//显示0-f时间$stop ;//停止end top_seg_led_static#(.MAX_NUM (MAX_NUM))u_top_seg_led_static(.clk (clk) ,//50MHz系统时钟.rst_n(rst_n),//系统复位信号(低有效).sel (sel) ,//数码管位选.seg(seg)//数码管段选);endmodule

注意：在测试代码中减少MAX_NUM的值，是为了减少仿真时间。