基于FPGA的数字电路实验3：点亮数码管

电子森林 2020-12-15 00:00

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今天我们任务是通过小脚丫板载的两个数码管来显示字符，所以首先我们要了解一下数码管的基本工作原理，接下来再研究怎么通过捣鼓小脚丫把数码管给点亮，并且显示出有效信息。

小脚丫板载的数码管是7段数码管（如果包括右下的小点可以认为是8段），它分别由a、b、c、d、e、f、g位段和表示小数点的dp位段组成，见图1。

图1 7段数码管

数码管的各个段位是由LED灯组成的，控制每个LED的点亮或熄灭实现数字显示。通常数码管分为共阳极数码管和共阴极数码管，结构如图所示。共阴8段数码管的信号端低电平有效，而共阳端接高电平有效。比如，使共阳端数码管的a段发光，则在a段信号端加上低电平即可。共阴极的数码管则相反。

小脚丫的板载数码管为7段共阴极数码管，可以显示数字0-9以及字母A-F共计16种选择。因此，如果我们需要数码管能显示所有的16种选择，需要至少4位输入码（2⁴=16）。表1列出了各个数码管字符所对应的LED灯段位。

表1 各数码管字符所对应的LED灯段位

图2标注了小脚丫板载的两个数码管的各LED段位以及小脚丫上所对应的引脚。其中SEG_DIP为公共端，因此在共阴极数码管的设计中需要接低电平。可以看出，每一个数码管都含有9个引脚，因此每一个字符的显示都需要由一个9位的输出信号来实现。

图2

接下来我们通过Verilog实现对数码管的控制。其中，我们将模块的输出定义为两个7段数码管，每个数码管有9个引脚，分别由9位信号控制。输入端由4路信号控制，可以分别对应0-F等十六个字符选择。

module segment ( input wire[3:0] seg_data_1, //四位输入数据信号，可通过4个拨码开关控制 input wire[3:0] seg_data_2, //四位输入数据信号，可通过4个按键开关控制 output wire[8:0] segment_led_1, //数码管1，MSB~LSB =SEG,DP,G,F,E,D,C,B,A output wire[8:0] segment_led_2 //数码管2，MSB~LSB =SEG,DP,G,F,E,D,C,B,A );
 reg[8:0] seg [15:0]; //存储7段数码管译码数据 initial begin seg[0]=9'h3f; // 0 seg[1]=9'h06; // 1 seg[2]=9'h5b; // 2 seg[3]=9'h4f; // 3 seg[4]=9'h66; // 4 seg[5]=9'h6d; // 5 seg[6]=9'h7d; // 6 seg[7]=9'h07; // 7 seg[8]=9'h7f; // 8 seg[9]=9'h6f; // 9 seg[10]=9'h77; // A seg[11]=9'h7C; // b seg[12]=9'h39; // C seg[13]=9'h5e; // d seg[14]=9'h79; // E seg[15]=9'h71; // F end assign segment_led_1 = seg[seg_data_1]; // 将对应字符导入数码管1并显示 assign segment_led_2 = seg[seg_data_2]; // 将对应字符导入数码管2并显示endmodule

上述代码是定义7段共阴极数码管的通用模块，可以保存起来作为一个独立模块。这样，在以后遇到需要用数码管显示的实验时我们可以直接调用（之后我们还会讲解如何调用子模块），而不用再重新写一遍代码。

接下来是提问环节：

当我们指定用拨码开关SW1-SW4来控制左边数码管，按键开关K1-K4来控制右侧数码管，此时如果开关的状态分别如下图所示，数码管应该显示什么字符？

注：拨码开关调至上方为1，下方为0。按键开关白色为1（松开），黑色为0（按下）。

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