基于FPGA驱动数码管.doc

驱动数码管数码管作为一种外设，首先我们需要了解它的工作原理以及它和外设电路的对应关系，七段数码管原理图如下：顾名思义，七段数码管就是使用七段点亮的线段来拼成常见的数字和某些字母，这种显示方式我们在数字电路中非常容易见到。再加上右下角显示的小数点， 实际上一个显示单元包括了 8 根信号线。根据电路设计的不同，这些信号线可能高有效也可能低有效。我们通过 FPGA 控制这些线段的亮灭，达到显示效果。对于多个数码管的显示模块，将每一个都连接到 FPGA 的管脚会耗用大量FPGA 的管脚资源。因此我们同样引入一种类似矩阵键盘的扫描方式。任何时刻我们只使用 8 根信号点亮一个数码管，但是 8 个数码管是随着时钟步调交替点亮的，只要时钟的速度够快，我们观察到数码管就好像几个同时点亮一样。原理图如下：如图所示，我们的使用的是六位共阳极数码管，六个 PNP 型三极管分别作为六组数码管电源的输入开关，也就是我们常说的位选信号，PNP 三极管为低电平导通，所以我们的位选信号低有效。在这里，为了节约 FPGA 的 IO 资源， 我们把六个位选信号连接到了三八译码器 74HC138D，该三八译码器的真值表如下：由此，我们可以得出结论，当SEL2, SEL1, SEL0=3b000 时，Y0 变为低电平， 而由于 Y0 连接到了第一个数码管，所以第一个数码管点亮。当SEL2, SEL1,SEL0=3b001 时，对应第二个数码管点亮，以此类推。SEG_0 到 SEG_7 分别对应二极管 a-g 以及“小数点”，即我们所说的段选信号。由于是共阳极数码管，所以二极管只要给低电平就可以点亮，根据点亮的二极管不同，就可以显示出不同的字符。假如我们要点亮第一个数码管，并且显示出字符“A”,那么我们就只需要选中第一个数码管SEL2, SEL1, SEL0=3b000，而且 SEG=8b1000_1000。好了，既然思路和原理已经明了于心，那么接下来我们可以开始写驱动代码， 验证思路是否可以实现，首先我们新建工程如下：新建一个顶层文件，编写模块框架并保存如下：分析开发板对应数码管原理图可知 FPGA 只需要输出位选和段选信号即可， 所以我们可以设计如下代码：现在我们只是实现了一个数码管的点亮，如果要让数码管“全部亮起来，并同时显示相同字符”，那我们只能通过比较快速的切换位选信号来实现这一目的。但是切换频率如果过高，数码管显示也会出现不稳定的状态，这和器件的工艺有关，我们可以选择切换的经验频率 0.01MHZ。那么这时，我们就需要用到锁相环PLL 来进行分频，将 50MHZ 的晶振时钟分频成我们所需要的 0.01MHZ。由于锁相环的应用前面已经有了很详细的论述，所以就不再赘述，新建一个 PLL IP 核如下：点击完成。然后新建一个顶层文件如下：右键点击 top.v 文件，将其设置为顶层如下：切换到顶层视图，可以看到 top 文件现在为项目的顶层接下来在 top 中实例化PLL 和数码管驱动模块，代码如下：然后更改数码管驱动程序，用状态机的显示，逐步选通每个位选信号，更改代码如下：然后，分配管脚、编译、下载会看到如下显示结果：如果我们想要同时显示不同字符，那么我们只需要改变位选的同时，同时改变段