数码管动态扫描显示例程讲解

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根据多年工作经验，总结出的FPGA的设计流程，概括起来总共有以上12步，其中根据项目难易度可省去其中一些步骤。比如非常简单的项目，我们可以省去虚线框里面的步骤，但是我们的入门级课程，即使再简单，也按照这12个步骤来进行讲解。

1. 需求解读

1.1 需求

在六位数码管上稳定的显示123456

1.2 知识背景

数码管是由多个 LED 发光二极管组成的一个“8”字型的器件，根据极性不同，分为共阳极和共阴极，我们开发板上采用的是共阳数码管。数码管内部结构如下图：
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通过图上可以看出，共阳极和共阴极的区别。共阳极公共端接电源正极，共阴极公共端接地。选用共阳极数码管时，我们只需将对应的 abcdefgdq 给低电平便可点亮对应的数码管。共阴极与之相反，需要将 abcdefgdq 接入电源正极便可点亮对应的数码管。数码管示意图如下：
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我们选用的开发板使用的是共阳极数码管，如果要显示 2，那么我们应该点亮
A,B,G,E,D 段发光二极管。如果要显示 5，大家可以自行分析，应该点亮哪些段，这样我们便可以得出共阳数码管 0 到 9 的编码。为了节约大家的时间，我将共阳数码管对应的编码整理出来，如下图，可以直接调用。共阴数码管的编码只用按位取反即可。
开发板共阳数码管段选编码表如下：
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1.3 硬件设计

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开发板上选用的是PNP三极管，当给三极管基极输入低电平，三极管的集电极与发射极便导通，3.3V 的电压便加在了数码管的位选管脚上，那么我们要点亮第一位数码管则需要给SMG_W0 输入低电平，并按数码管编码表给数码管的段选赋值。原理掌握了，我们可以开始编写代码

1.4 接口说明

信号名	方向	FPGA管脚号	说明
SMG_W0	输出	E12	位选控制信号，低电平可导通三极管，使其给数码管位选供电
SMG_W1	输出	B15	位选控制信号，低电平可导通三极管，使其给数码管位选供电
SMG_W2	输出	E15	位选控制信号，低电平可导通三极管，使其给数码管位选供电
SMG_W3	输出	H11	位选控制信号，低电平可导通三极管，使其给数码管位选供电
SMG_W4	输出	K16	位选控制信号，低电平可导通三极管，使其给数码管位选供电
SMG_W5	输出	K14	位选控制信号，低电平可导通三极管，使其给数码管位选供电
SMG_A	输出	F13	数码管段选控制信号，低电平点亮该段
SMG_B	输出	B16	数码管段选控制信号，低电平点亮该段
SMG_C	输出	J16	数码管段选控制信号，低电平点亮该段
SMG_D	输出	J13	数码管段选控制信号，低电平点亮该段
SMG_E	输出	G14	数码管段选控制信号，低电平点亮该段
SMG_F	输出	E13	数码管段选控制信号，低电平点亮该段
SMG_G	输出	G12	数码管段选控制信号，低电平点亮该段
SMG_DP	输出	J14	数码管段选控制信号，低电平点亮该段

总结：通过上述说明，可以将需求解读成：当点亮第一位数码管时，位选为6’h1f,此时数码管段选的编码为8’h9f；当点亮第二位数码管时，位选为6’h2f，数码管段选的编码为8’h25；当点亮第三位数码管时，位选为6’h37，数码管段选的编码为8’h0d；当点亮第四位数码管时，位选为6’h3b，数码管段选的编码为8’h99；当点亮第五位数码管时，位选为6’h3d，数码管段选的编码为8’h49；当点亮第六位数码管时，位选为6’h3e，数码管段选的编码为8’h41；

2. 绘制理论波形图

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3.新建TD工程

为了让工程看起来整洁，同时方便工程移植。我们新建4个文件夹，分别是Project，Source，Sim，Doc。
Project — 工程文件夹，里面放的TD工程
Source — 源代码文件夹，里面放的工程源码（.v文件或.vhd文件）
Sim — 仿真文件夹，里面放的仿真相关的文件
Doc — 存放相关资料，比如数据手册，需求文档等

4.编写代码

///
//QQ:3181961725
//TEL/WX:13540738439
//工程师：Mr Wang
//模块介绍：数据管动态扫描，显示123456
module smg_drv(
	input	clk					,
	input	rst_n				,
	output	reg	[5:0]	smg_bit	,
	output	reg	[7:0]	smg_seg
	);
	parameter	refresh_time=50000;
	reg	[3:0]	cnt;
	reg	[19:0]	refresh_cnt;
	always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
		if(!rst_n)
			refresh_cnt<=0;
		else if(refresh_cnt==refresh_time-1)
			refresh_cnt<=0;
		else
			refresh_cnt<=refresh_cnt+1;
	end
	always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
		if(!rst_n)
			cnt<=4'hf;
		else if(refresh_cnt==0)begin
			if(cnt==5)
				cnt<=0;
			else
				cnt<=cnt+1;
		end else;
	end
	always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
		if(!rst_n)begin
			smg_bit<=0;
			smg_seg<=0;
		end else case(cnt)
			0:begin smg_bit<=8'h3e; smg_seg<=8'h9f;end 
			1:begin smg_bit<=8'h3d; smg_seg<=8'h25;end 
			2:begin smg_bit<=8'h3b; smg_seg<=8'h0d;end 
			3:begin smg_bit<=8'h37; smg_seg<=8'h99;end 
			4:begin smg_bit<=8'h2f; smg_seg<=8'h49;end 
			5:begin smg_bit<=8'h1f; smg_seg<=8'h41;end 
			default:;
		endcase
	end 
endmodule

5.编写仿真测试激励文件

`timescale 1ns/1ns
module smg_drv_tb;
	reg					clk		;
	reg					rst_n	;
initial
begin
	clk = 0;
	rst_n=0;
	#1000
	rst_n=1;
end
always #10 clk=~clk;
smg_drv Usmg_drv(
	.clk		(clk),
	.rst_n		(rst_n),
	.smg_bit	(),
	.smg_seg    ()
	);
endmodule

6.Modelsim仿真

Modelsim仿真一般有两种方法

图形化界面仿真，即所有的操作都是在Modelsim软件界面上来完成，该方式的优点是，简单易学，适用于简单的项目，缺点是操作步骤繁琐。
批处理仿真，这种方式在仿真前需要编写相应的脚本文件，该方式的优点是，一键即可完成仿真，省时省力，缺点是前期需要编写脚本文件。前两讲采用的是图形化界面仿真的方式；为了更贴近工程实际，从这一讲开始，我们就采用批处理方式仿真。具体操作步骤可参考我们的视频教程
仿真出的波形如下图所示：