我的 FPGA 学习历程（10）—— 实验：数码管驱动

根据黑金 AX301 手册，数码管位选信号命名为 SEL[5:0]，其中 SEL[5] 对应最左边的数码管，而SEL[0] 对应最右边数码管；作为约定，在下面的描述中我们对应的称之为数码管 5 和数码管 0。数码管的段选信号被命名为 DIG[7:0]；DIG[7] 为小数点 DP，DIG[6] 为数码管 g 段，DIG[0] 为 a 段，其他类推即可。

由于数码管的段选信号是共用的，理论上是不可能同时显示六个不同字符的，但由于人眼的视觉残留现象，只要我们很快的依次显示每一个数字，就可以欺骗人眼达到显示多位数字的目的，假设需要显示的数字为 123456，其二进制 BCD 码为 24'b 0001_0010_0011_0100_0101_0110 可以简写成 24'h123456，实现的流程如下：

1. 首先使能数码管 0，关闭其他数码管：SEL = 6'b111_110，显示的数值为 6，DIG = {1，DIG[6:0]}  = 7'b1_000_0010；
2. 第二步使能数码管 1，关闭其他：        SEL = 6'b111_101，显示的数值为 5，DIG = 7'b1001_0010；
3. 同理                                                        SEL = 6'b111_011，显示 4                   DIG = 7'b1001_1001；
4. 同理                                                        SEL = 6'b110_111，显示 3                   DIG = 7'b1011_0000；
5. 同理                                                        SEL = 6'b101_111，显示 2                   DIG = 7'b1010_0100；
6. 同理                                                        SEL = 6'b011_111，显示 1                   DIG = 7'b1111_1001；
7. 回到步骤一。

晶振的频率显然超过了三极管的频率上限，我们通过设计一个分频器来产生一个不超过 1KHz 的扫描信号；这个分频器的原理在于设计一个每个时钟周期加 1 的计数器，如果累计器是 3 位的，那么它的数值变化就如下表所示：

counter[2:0]：000，001，010，011，100，101，110，111，

counter[0]:           0，    1，    0，     1，    0，     1，     0，    1，------------- 50MHz

counter[1]:         0，    0，     1，     1，    0，    0，    1，     1，  ------------- 25MHz

counter[2]:     0，      0，     0，     0，    1，    1，     1，   1，     ------------- 11.5MHz

分频器的具体的代码如下：

通过实验发现设置为 19、18、17 时数码管都会出现严重的闪烁现象，而 16 这个值正常，计算便可以得出这时的频率大约为 400Hz

f =50MHz/( 2^(16+1)) = 50_000_000 Hz/(2^17) = 381.469726 Hz ~~ 381.47 Hz

下面是控制模块的代码，这个模块实现的功能比较复杂：

1. 首先实现一个 0 ~ 5 不断循环的低速计数器 dig_num 作为参考值。
2. 当 dig_num 为 0 时，点亮数码管 0，同时分离 num[3:0]（6）到 display。
3. 当 dig_num 为 1 时，点亮数码管 1，分离         num[7:4]（5）到 display。
4. 当 dig_num = 2 ~ 5 时，情况同上。
5. 任何时候把 display 中的值转化为数码管显示所需的段选信号。

注意：Verilog 语法 十进制 'd、十六进制 'h、八进制 'o、二进制 'b 在本例中非常容易弄错

最后是顶层模块，模块中指定了要显示的字符：

读者如果觉得同时显示六个字符有些困难，可以选择先点亮两个，再来依次增加即可。