杭电数字电路课程设计-实验十八-数码管扫描显示实验

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

1. 学习数码管的显示原理，掌握数码管的动态扫描方法。
2. 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

1. 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。
2. 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。
3. 实验室任务：配置管脚，生成*.bit文件，完成板级验证。
4. 撰写实验报告。

实验原理

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;endalways@(posedge clk_25M)begin	if(clk_num<5000000)beginclk_num=clk_num+1;Increment  = 1'b0;endelsebeginclk_num=0;Increment  = 1'b1;endendalways@(posedge CLR  or posedge Increment)if(CLR)beginData <= 16'b0000000000000000;end		else if(ST)beginif(Data[3:0]==4'b1001)beginData[3:0]<=4'b0000;if(Data[7:4]==4'b1001)beginData[7:4]<=4'b0000;if(Data[11:8]==4'b1001)beginData[11:8]<=4'b0000;if(Data[15:12]==4'b1001)Data[15:12]<=4'b0000;elseData[15:12]<=Data[15:12]+4'b0001;endelseData[11:8]<=Data[11:8]+4'b0001;endelseData[7:4]<=Data[7:4]+4'b0001;endelseData[3:0]<=Data[3:0]+4'b0001;endalways @(*)	// 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_4begincase(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];endcaseendSMG uu2(Data_4,BIT_SEL,SEG,AN);
endmodulemodule delay_5ms(clk_25M,BIT_SEL);input clk_25M;output reg[1:0] BIT_SEL;integer cnt=0;initial begin BIT_SEL <= 2'b00;endalways@(posedge clk_25M)begincnt<=cnt+1;if(cnt>50000)beginBIT_SEL<=BIT_SEL+2'b01;cnt<=0;endend
endmodulemodule 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 @(*)begincase(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;endcaseendalways @(*)begincase(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;endcaseend
endmodule

测试用例

	initial beginCLR = 0;ST= 0;clk_25M = 0;#100;CLR = 0;ST= 1;endalways #20 clk_25M=~clk_25M;    
endmodule

仿真波形图

  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

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）

工程文件

工程文件: 数码管扫描显示实验.
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