–作者肖肖肖本文为明德扬原创及录用文章转载请注明出处明德扬官网明德扬产品官网1.1 总体设计1.1.1 概述LED数码管以发光二极管作为发光单元颜色有单红黄蓝绿白黄绿等效果并且可以构造成“8”字形。数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类它们的发光原理是一样的只是它们的电源极性不同而已。数码管可以通过驱动电路来驱动内部的各个段码从而显示出需要的数字。根据数码管驱动方式的不同可以将其分为静态式和动态式两类。1.1.2 设计目标完成数码管的显示具体功能要求如下间隔1s切换数码管位选做到数码管从左到右流动显示的效果数码管显示的数值从0开始每切换一位位选数值加一1.1.3信号列表信号名I/O位宽定义clkI1系统工作时钟 50Mrst_nI1系统复位信号低电平有效segmentO88位数码管段选信号。 由低到高分别表示数码管的a,b,c,d,e,f,g,dp低电平时点亮对应段位。seg_selO88位数码管位选信号低电平时对应位置数码管点亮。1.1.4设计思路Ø 数码管显示原理数码管的8个显示字段”a、b、c、d、e、f、g、h”对应显示面板的位置如下图所示。数码管显示数字0到9对应的gfedcba值如下表所示。表5- 1 数码管显示数字与字段值的对应关系显示 数字共阳gfedcba 2进制共阳gfedcba 16进制共阴gfedcba 2进制共阴gfedcba 16进制07’b10000007’h407’b 01111117’h3f17’b 11110017’h797’b 00001107’h0627’b 01001007’h427’b 10110117’h5b37’b 01100007’h307’b 10011117’h4f47’b 00110017’h197’b 11001107’h6657’b 00100107’h127’b 11011017’h6d67’b 00000107’h027’b 11111017’h7d77’b 11110007’h787’b 00001117’h0787’b 00000007’h007’b 11111117’h7f97’b 00100007’h107’b 11011117’h6f数码管静态驱动是指每个数码管的每一个段码都通过一个I/O端口进行驱动或使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动也称直流驱动。静态驱动编程简单显示亮度高但占用的I/O端口多这里不使用这种方法。数码管动态驱动是将所有数码管的8个显示字段a、b、c、d、e、f、g、h的同名端连接在一起此外每个数码管的公共极COM需增加由各自独立I/O线控制的位选通控制电路。当要输出某一字形码时所有数码管都会接收到相同的字形码但究竟是哪个数码管会显示出字形取决于单片机对位选通COM端电路的控制。只需将显示数码管的选通控制打开该位就会显示出字形而没有选通的数码管并不会点亮。数码管特定的发光二极管段加上电压后这些特定的段就会发亮并且当每位元数码管的点亮时间为120ms由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应尽管实际上各位数码管并非同时点亮但只要扫描的速度足够快给人的印象就是一组稳定的显示资料不会有闪烁感使得动态显示的效果和静态显示是一样的这样能够节省大量的I/O口而且功耗更低。以下是mp801开发板对应的数码管原理图并且是共阳极的数码管Ø 工程架构根据设计目标将现象翻译成信号表示如下第1秒数码管0显示数字“0”即seg_sel的值为8’b1111_1110seg_ment的值为8’b1100_0000第2秒数码管1显示数字“1”即seg_sel的值为8’b1111_1101seg_ment的值为8’b1111_1001第3秒数码管2显示数字“2”即seg_sel的值为8’b1111_1011seg_ment的值为8’b1010_0100第4秒数码管3显示数字“3”即seg_sel的值为8’b1111_0111seg_ment的值为8’b1011_0000第5秒数码管4显示数字“4”即seg_sel的值为8’b1110_1111seg_ment的值为8’b1001_1001第6秒数码管5显示数字“5”即seg_sel的值为8’b1101_1111seg_ment的值为8’b1001_0010第7秒数码管6显示数字“6”即seg_sel的值为8’b1011_1111seg_ment的值为8’b1000_0010第8秒数码管7显示数字“7”即seg_sel的值为8’b0111_1111seg_ment的值为8’b1111_1000第九秒回到数码管0显示数字“0”以此进行循环。总结发现数码管每隔1秒进行变化且8个数码管轮流显示。因此本工程用到了三个计数器的架构具体架构如下图所示1秒计数器cnt_1s用于计算1s的时间加一条件为1表示一直在计数数到50,000,000下表示数到1s就结束。位选计数器sel_cnt用于区分选通的数码管加一条件为end_cnt_1s表示每间隔1秒的时间后切换选通下一个数码管数到8下表示8个数码管都选通过一轮了。1.1.5参考代码module seg_disp( rst_n , clk , seg_sel , segment ); parameterTIME_1S 50_000_000 ; parameterSEG_WID 8 ; parameterSEG_NUM 8 ; parameterCNT_WID 10 ; parameterTIME_20US 10’d1000 ; parameterNUM_0 8’b1100_0000; parameterNUM_1 8’b1111_1001; parameterNUM_2 8’b1010_0100; parameterNUM_3 8’b1011_0000; parameterNUM_4 8’b1001_1001; parameterNUM_5 8’b1001_0010; parameterNUM_6 8’b1000_0010; parameterNUM_7 8’b1111_1000; parameterNUM_8 8’b1000_0000; parameterNUM_9 8’b1001_0000; parameterNUM_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_NUM1:0] 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_n0) begin cnt_1s 0; end else if(add_cnt_1s) begin if(end_cnt_1s) cnt_1s 0; else cnt_1s cnt_1s1 ; 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_n1b0)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_n1b0)begin seg_sel {SEG_NUM{1b1}}; end else begin seg_sel ~(1b1 sel_cnt); end end always(posedge clk or negedge rst_n)begin if(rst_n1b0) seg_tmp 0; else seg_tmp sel_cnt ; end always(posedge clk or negedge rst_n)begin if(rst_n1b0)begin segmentNUM_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 endmodule1.2 效果和总结Ø 下图是该工程在db603开发板上的现象Ø 下图是该工程在mp801开发板上的现象Ø 下图是该工程在ms980试验箱上的现象由于该项目的上板现象是上电数码管从左到右流动显示对应的数值想观看完整现象的朋友可以看一下现象演示的视频。感兴趣的朋友也可以访问论坛进行FPGA相关工程设计学习也可以看一下我们往期的文章。明德扬官网明德扬产品官网