基于FPGA驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管.doc

驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管數(shù)碼管作為一種外設(shè)，首先我們需要了解它的工作原理以及它和外設(shè)電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系，七段數(shù)碼管原理圖如下：顧名思義，七段數(shù)碼管就是使用七段點(diǎn)亮的線段來拼成常見的數(shù)字和某些字母，這種顯示方式我們?cè)跀?shù)字電路中非常容易見到。再加上右下角顯示的小數(shù)點(diǎn)， 實(shí)際上一個(gè)顯示單元包括了 8 根信號(hào)線。根據(jù)電路設(shè)計(jì)的不同，這些信號(hào)線可能高有效也可能低有效。我們通過 FPGA 控制這些線段的亮滅，達(dá)到顯示效果。對(duì)于多個(gè)數(shù)碼管的顯示模塊，將每一個(gè)都連接到 FPGA 的管腳會(huì)耗用大量FPGA 的管腳資源。因此我們同樣引入一種類似矩陣鍵盤的掃描方式。任何時(shí)刻我們只使用 8 根信號(hào)點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管，但是 8 個(gè)數(shù)碼管是隨著時(shí)鐘步調(diào)交替點(diǎn)亮的，只要時(shí)鐘的速度夠快，我們觀察到數(shù)碼管就好像幾個(gè)同時(shí)點(diǎn)亮一樣。原理圖如下：如圖所示，我們的使用的是六位共陽極數(shù)碼管，六個(gè) PNP 型三極管分別作為六組數(shù)碼管電源的輸入開關(guān)，也就是我們常說的位選信號(hào)，PNP 三極管為低電平導(dǎo)通，所以我們的位選信號(hào)低有效。在這里，為了節(jié)約 FPGA 的 IO 資源， 我們把六個(gè)位選信號(hào)連接到了三八譯碼器 74HC138D，該三八譯碼器的真值表如下：由此，我們可以得出結(jié)論，當(dāng)SEL2, SEL1, SEL0=3b000 時(shí)，Y0 變?yōu)榈碗娖剑?而由于 Y0 連接到了第一個(gè)數(shù)碼管，所以第一個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮。當(dāng)SEL2, SEL1,SEL0=3b001 時(shí)，對(duì)應(yīng)第二個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，以此類推。SEG_0 到 SEG_7 分別對(duì)應(yīng)二極管 a-g 以及“小數(shù)點(diǎn)”，即我們所說的段選信號(hào)。由于是共陽極數(shù)碼管，所以二極管只要給低電平就可以點(diǎn)亮，根據(jù)點(diǎn)亮的二極管不同，就可以顯示出不同的字符。假如我們要點(diǎn)亮第一個(gè)數(shù)碼管，并且顯示出字符“A”,那么我們就只需要選中第一個(gè)數(shù)碼管SEL2, SEL1, SEL0=3b000，而且 SEG=8b1000_1000。好了，既然思路和原理已經(jīng)明了于心，那么接下來我們可以開始寫驅(qū)動(dòng)代碼， 驗(yàn)證思路是否可以實(shí)現(xiàn)，首先我們新建工程如下：新建一個(gè)頂層文件，編寫模塊框架并保存如下：分析開發(fā)板對(duì)應(yīng)數(shù)碼管原理圖可知 FPGA 只需要輸出位選和段選信號(hào)即可， 所以我們可以設(shè)計(jì)如下代碼：現(xiàn)在我們只是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，如果要讓數(shù)碼管“全部亮起來，并同時(shí)顯示相同字符”，那我們只能通過比較快速的切換位選信號(hào)來實(shí)現(xiàn)這一目的。但是切換頻率如果過高，數(shù)碼管顯示也會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，這和器件的工藝有關(guān)，我們可以選擇切換的經(jīng)驗(yàn)頻率 0.01MHZ。那么這時(shí)，我們就需要用到鎖相環(huán)PLL 來進(jìn)行分頻，將 50MHZ 的晶振時(shí)鐘分頻成我們所需要的 0.01MHZ。由于鎖相環(huán)的應(yīng)用前面已經(jīng)有了很詳細(xì)的論述，所以就不再贅述，新建一個(gè) PLL IP 核如下：點(diǎn)擊完成。然后新建一個(gè)頂層文件如下：右鍵點(diǎn)擊 top.v 文件，將其設(shè)置為頂層如下：切換到頂層視圖，可以看到 top 文件現(xiàn)在為項(xiàng)目的頂層接下來在 top 中實(shí)例化PLL 和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊，代碼如下：然后更改數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)程序，用狀態(tài)機(jī)的顯示，逐步選通每個(gè)位選信號(hào)，更改代碼如下：然后，分配管腳、編譯、下載會(huì)看到如下顯示結(jié)果：如果我們想要同時(shí)顯示不同字符，那么我們只需要改變位選的同時(shí)，同時(shí)改變段