数字逻辑——七段数码管
七段数码管
- 一、 实验目的
- 二、 实验内容
- 1. 实验流程
- 2. Verilog代码分析
- （1） Design source（.v文件）：
- （2） Constraints source（.xdc文件）
- （3） Elaborated design：
- 三、 实验结论
- 四、 思考与讨论
- （一） 问题与提升
- （二） 实验感想
一、 实验目的
了解七段数码管的构造和工作原理。
输入一个BCD码，使七段数码管显示对应的十进制数，对应0~9如下所示
二、 实验内容
1. 实验流程
① 分析实验目的，本次实验需要一组7段数码管显示对应于输入BCD码的十进制数，故考虑使用实验板上的一组数码管。
② 每组数码管由a~g的7个独立阴极组成，7个独立阴极的亮熄状态决定了数码管显示的状态。
③ 每个BCD码对应数码管的一种显示，故考虑用case语句完成对一组数码管a~g的赋值。
④ 结合数码管的构造（共阳极：点亮，引脚输出为低电平(0)；不亮，引脚输出为高电平(1)），作出真值表，编写verilog代码并上板验证。
⑤根据亮灯原理图写真值表：
对于需要使用的某组数码管，赋值AN=0，其他7组数码管赋值AN=1。对于该组数码管中的a~g独立阴极，某一个赋0则亮，赋1则不亮.
| BCD码 | a_to_g |
|---|---|
| centered 文本居中 | right-aligned 文本居右 |
| 0000 | 0000001 |
| 0001 | 1001111 |
| 0010 | 0010010 |
| 0011 | 0000110 |
| 0100 | 1001100 |
| 0101 | 0100100 |
| 0110 | 0100000 |
| 0111 | 0001111 |
| 1000 | 0000000 |
| 1001 | 0000100 |
2. Verilog代码分析
（1） Design source（.v文件）：
module BCDsegment(input [3:0]SW,
//输入BCD码SW[3]=R15,SW[2]=M13,SW[1]=L16,SW[0]=J13output reg [6:0]a_to_g,output DP,output [7:0]AN);assign AN=8'b1111_1110;assign DP=1;always@(*)begincase(SW)4'b0000: a_to_g=7'b0000001;4'b0001: a_to_g=7'b1001111;4'b0010: a_to_g=7'b0010010;4'b0011: a_to_g=7'b0000110;4'b0100: a_to_g=7'b1001100;4'b0101: a_to_g=7'b0100100;4'b0110: a_to_g=7'b0100000;4'b0111: a_to_g=7'b0001111;4'b1000: a_to_g=7'b0000000;4'b1001: a_to_g=7'b0000100;endcaseend
endmodule
.v分析：
① input一个四位向量SW作为输入信号，通过拨动对应的引脚改变输入的BCD码。
② output一个七位向量a_to_g决定一组七段数码管的各二极管亮暗状态，亮起的二极管组合形成一个十进制数。
③ output一个DP信号，是实验板上8组数码管的总开关，用assign语句赋值为1。
④ output一个八位向量AN，AN决定一个实验板上的八组数码管使用状态，赋值为1的不使用，赋值为0的为使用。本次实验中将AN通过assign语句赋值为8’b1111_1110，表示只使用AN[0]对应的那组数码管。
⑤ 在always语句中，用case语句完成BCD码和七段数码管状态的对应工作。
（2） Constraints source（.xdc文件）
##Switchesset_property -dict { PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[0] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN L16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[1] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN M13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[2] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN R15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[3] }];
##7 segment display
set_property -dict { PACKAGE_PIN T10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[6] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN R10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[5] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[4] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[3] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN P15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[2] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T11 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[1] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN L18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[0] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN H15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { DP }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN J17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[0] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN J18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[1] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T9 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[2] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN J14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[3] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN P14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[4] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[5] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[6] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN U13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[7] }];
.xdc分析
① 每个引脚一行语句：代表引脚在实验板上的位置和输出标准电平3.3V。
② 引脚锁定文件使用到的引脚名称与design source中所使用到变量名称相对应。
③ 该.xdc文件中，SW[0]SW[3]代表输入的BCD码，a_to_g[6] a_to_g[0]代表一组7段数码管的编号a~g的led灯（顺时针方向），DP为总开关，AN为实验板上的8组7段数码管。
（3） Elaborated design：
三、 实验结论
本次实验中，通过完成输入BCD码，七段数码管显示对应的十进制数，我对实验板上8组七段数码管的构造和工作原理有了更加深刻的印象：一个实验板上的8组七段数码管首先由一个总开关DP控制，DP为1时，数码管才能被使用；而每组数码管是否工作，则由一个8位的向量AN控制，因为是共阳极构造，当AN某位为0时，才表示该组数码管投入使用；每组数码管由7个二极管组成，亮暗状态由一个7位向量a_to_g决定，同样因为共阳极的构造，当a_to_g某位为0时对应的二极管亮。这个a_to_g向量同时控制所有组数码管的7段二极管。过程中我也加深了对BCD码的记忆。
四、 思考与讨论
（一） 问题与提升
在本次实验之外，我还对七段数码管的功能做了其他探究，在接触到时序电序后，可以通过控制各组七段数码管进行倒计时，计数等功能，七段数码管的构造从整体到局部，提供了很多变化的可能性。同时我还注意到生活中一些七段数码管的实际应用：洗澡时机器显示消耗的金额，电子手表显示的时间，测温枪显示的温度等，都是通过特定情境下对数码管的状态控制传递了信息。
（二） 实验感想
本次实验在实验前进行了理论分析，使书写代码的过程十分流畅，上板实验也十分顺利。我认识到了解基本概念，熟悉理论知识和实验硬件构造，这三者相结合是十分重要的。通过对BCD码的了解：这是一个从0~9的四位二进制数表示。通过对七段数码管构造的了解：共阳极和对应二极管亮灭。我能通过理论分析将这种状态的对应用数字表示出来，并最终在实验硬件上得到验证，这是一个很奇妙的过程。
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