Xilinx FPGA入门连载26：数码管驱动实例

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1 数码管驱动原理

         先来了解一下数码管的工作原理。如图所示，这是一个典型的带小数点的一位数码管。如果忽略小数点，我们通常称它为7段数码管（即便有小数点，我们也习惯的称呼为7段数码管），所谓7段，是指着7个发光二极管而言的。任意一个0-9的阿拉伯数字的显示，只要通过这7个发光二极管进行亮或灭的组合都可以实现。例如，我们要显示数字0，那么只要让发光二极管a、b、c、d、e、f点亮（g和dot熄灭）就可以了。

接下来，大家可能就要关心着这7个发光二极管是如何控制的，我们又是如何通过FPGA的I/O口去点亮或熄灭任意一个发光二极管？很简单，原理上来讲，一个带小数点的数码管的所有8个发光二极管的正极或负极有一个公共端，通常必须接GND（共阴极数码管）或者接VCC（共阳极数码管），而另一个非公共端的8个引脚就留给用户的I/O直接控制了。例如，如果我们使用的是共阴极的数码管，那么我们在使用该数码管时就要将其公共端接地（或者接低电平0），我们的应用中，把这个公共端连接到了FPGA的I/O脚上，这便是数码管的片选信号。如果FPGA的这个I/O脚输出低电平0，那么这个数码管就能够显示数字；如果这个I/O输出高电平1，那么无论数码管的8个段选端输出0还是1，都无法将8个发光二极管的任意一个点亮，这也达到了关闭数码管显示的效果。这样一来，这个数码管的公共端被我们当做了数码管片选引脚使用了，虽然不是名副其实的“片选”，但还真达到了异曲同工之妙。

         我们的例程要实现的功能比较简单基础：让4个数码管每隔1s不断的递增计数显示，计数范围为0-F。为了便于代码编写控制7个用于段选（不包括小数点）的发光二极管显示不同的字符，这里只做了一个简单的对应表，把不同字符显示时的7个I/O值进行编码，如表所示。

2 功能概述

         本实例的功能框图如图所示。PLL产生的25MHz时钟，分别供给两个子模块，秒计数器（counter.v）模块产生一个每秒递增的16位数据，这16位数据以16进制形式通过数码管显示驱动模块（seg7.v）显示到数码管上。数码管显示驱动模块以分时复用的片选方式，将数据送到数码管的各个段选位上。

         该实例工程的模块间层级关系如图所示。

3 板级调试

         将工程编译产生的sp6.bit文件下载到FPGA中。我们可以看到数码管从最低位开始依次从0到F（16进制形式）不断的递增。