FPGA（6）--7段显示译码器的加法计数器

文章目录

一、实验目的
二、实验内容
三、实验设计与结果
四、实验思考与小结

一、实验目的

在上次加法计数器仿真实验的基础上，掌握端口的引脚配置、实验箱的接线及程序的下载、调试等。

二、实验内容

1.在上次实验的基础上，编译、仿真可以进行0-99加法计数功能的计数器，其中输入端口包括时钟、清零、使能，输出端口包括个位、十位的七段译码输出，以及输出进位信号。
2. 在Quartus II上进行输入、输出端口的引脚配置。并根据引脚配置完成接线，下载至FPGA芯片中，在实验箱上完成验证。

三、实验设计与结果

1.修改上一次实验实现的“进行0-99加法计数功能的计数器“的VHDL描述，其中输入端口包括时钟、清零、使能，输出端口包括个位、十位的七段译码输出，以及输出进位信号。并将其封装成一个元件。其代码及封装后的元件如下：

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;
ENTITY cnt10 ISPORT ( clk, rst, en, load :     IN  STD_LOGIC ;data :   IN STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ) ;dout :  OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 )  ;cout :   OUT STD_LOGIC   )  ;
END ENTITY cnt10  ;ARCHITECTURE bhv OF cnt10 IS
BEGIN PROCESS (clk,rst,en,load)VARIABLE q : STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); BEGIN IF rst = '0' THEN q := ( OTHERS => '0') ;ELSIF   clk 'EVENT AND clk = '1'  THEN IF  en = '1' THENIF  ( load = '0') THEN q := data ;  ELSEIF q < 9 THEN q := q+1;ELSE q := ( OTHERS => '0') ;END IF ;END IF ;END IF ;END IF ;IF q = "1001" THEN  cout <= '1' ; ELSE  cout <= '0' ;END IF ;dout <= q;END PROCESS ;
END ARCHITECTURE bhv ;

2.其中的“输出端口包括个位、十位的七段译码输出”，需要修改上一次实验的七段译码的VHDL描述，并将其封装成一个元件。代码如下：

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ;
use Ieee.std_logic_unsigned.all;entity led7s isport (a: in std_logic_vector(3 downto 0);d: out std_logic_vector(6 downto 0));
end entity led7s;architecture bhv of led7s isbeginprocess (a)begincase (a) iswhen "0000" => d<= "0111111" ;when "0001" => d<= "0000110" ;when "0010" => d<= "1011011" ;when "0011" => d<= "1001111" ;when "0100" => d<= "1100110" ;when "0101" => d<= "1101101" ;when "0110" => d<= "1111101" ;when "0111" => d<= "0000111" ;when "1000" => d<= "1111111" ;when "1001" => d<= "1101111" ;when others => null;end case;end process;
end architecture bhv;

3.如下图将以上封装好的元件连接成可以实现功能的原理图，让其可以实现0-99加法计数功能，其中输入端口包括时钟、清零、使能，输出端口包括个位、十位的七段译码输出，以及输出进位信号。

4.进行输入、输出端口的引脚配置。注意配置引脚位置的合理性。如下图为相关的配置信息。

clk外接一个频率合适的时钟信号，使能端信号则由外接的上下推动的开关决定，而进位信号的输出则用一个外接的发光二极管指示灯表示。两个七段数码管则根据相关引脚信息给出。

5.根据引脚配置完成接线，下载至FPGA芯片中，在实验箱上完成验证。如下图为相关的实验验证。

四、实验思考与小结

七段数码管有直流驱动和动态显示驱动两种。直流驱动：是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。动态显示驱动：是将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示。将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。