实验五数码管扫描显示电路

5.1实验目的

熟练掌握时序逻辑电路的设计。掌握计数器，数码管扫描显示电路以及秒表的原理。实现并仿真：
1)数码管扫描显示电路；
2)秒表电路。

5.2实验内容

(1)按照要求的解决方案，将四个输入在4个共阴极数码管上利用数码管扫描显示电路显示出来。
要求：
使用多个module实现；主模块中的代码最大化的进行精简，只用来实现各模块间的信号传输，以及子模块的实例化；
计数器模块要使用不定位宽代码设计；
输入输出要考虑到小数点信号；
带复位信号，当复位信号为低电平时，四个数码管显示为0._0._0._0.；
仿真波形中输入用16进制显示，输出用2进制显示；
实例化代码全部使用.()来实现。
提示：先把设计图在草稿上画出来，可以大大简化代码设计（重要！）。

(2)设计秒表在4个共阴极数码管上利用上面的数码管扫描显示电路显示出来。要求显示从000.0-999.9循环计数。要求要有启动暂停信号go和复位信号rst。
提示：先把设计图在草稿上画出来，可以大大简化代码设计（重要！）。
解决方案不限，可以参考课堂上讲的思路或者书本上的思路。
(3)按照本模版撰写实验报告，版面排版要求及评分标准：

5.3数码管扫描显示电路

(1)设计代码
count.v

//计数器代码【时序电路】
`timescale 1ns / 1psmodule count #(parameter N=18)(input rst,clk,output [1:0] en);reg [N-1:0] countnum;//计数器中的变量    always @(posedge clk)if(!rst)     countnum<=0;else         countnum<=countnum+1;assign en=countnum[N-1:N-2];
endmodule

mux.v

//多路选择器 【组合电路】
`timescale 1ns / 1ps
module mux(in0,in1,in2,in3,dp,rst,en,data_select,dp_select,an);input [3:0] in0,in1,in2,in3,dp;input rst;input [1:0] en;output reg[3:0] data_select,an;output reg dp_select;always @*if(!rst)beginan<=4'b1111;dp_select<=1;data_select<=4'd0000;endelsecase(en)2'b00:begindp_select=dp[3]; an=4'b1000; data_select=in3; end2'b01:begindp_select=dp[2]; an=4'b0100; data_select=in2; end2'b10:begindp_select=dp[1]; an=4'b0010; data_select=in1; enddefault:begindp_select=dp[0]; an=4'b0001; data_select=in0; endendcase
endmodule

decode.v

`timescale 1ns / 1ps
module decode(input [3:0] data_in,input dp_in,output reg [7:0] sseg);//8根输出线always@*beginsseg=0;case(data_in)4'd0: sseg[7:1]=7'b1111110;4'd1: sseg[7:1]=7'b0110000;4'd2: sseg[7:1]=7'b1101101;4'd3: sseg[7:1]=7'b1111001;4'd4: sseg[7:1]=7'b0110011;4'd5: sseg[7:1]=7'b1011011;4'd6: sseg[7:1]=7'b1011111;    4'd7: sseg[7:1]=7'b1110000;4'd8: sseg[7:1]=7'b1111111;4'd9: sseg[7:1]=7'b1111011;4'd10: sseg[7:1]=7'b1110111;4'd11: sseg[7:1]=7'b0011111;4'd12: sseg[7:1]=7'b1001110;        4'd13: sseg[7:1]=7'b0111101;4'd14: sseg[7:1]=7'b1001111;4'd15: sseg[7:1]=7'b1000111; endcasesseg[0]=dp_in;//小数点end
endmodule

scan_led_display.v

`timescale 1ns / 1ps
module scan_led_display #(parameter M=18)(clk,rst,in3,in2,in1,in0,dp,sseg,an);input  clk, rst;input[3:0] in3,in2,in1,in0,dp;output [7:0]sseg;output [3:0] an;wire [3:0] data_in; //中间变量wire dp_in; //中间变量wire [1:0] en; //中间变量count #(.N(M)) unit1(.rst(rst),.clk(clk),.en(en));mux unit2(.in0(in0),.in1(in1),.in2(in2),.in3(in3),.dp(dp),.rst(rst),.en(en),.data_select(data_in),.an(an),.dp_select(dp_in));decode unit3(.data_in(data_in),.dp_in(dp_in),.sseg(sseg));
endmodule

(2)RTL原理图（注意该把哪个文件设成top）
把scan_led_display.v设为top。

(3)testbench代码
testbench_scan_led_display.v

`timescale 1ns / 1ps
module testbench_scan_led_display
#(parameter N1=5);
reg clk,rst;
reg[3:0] in3,in2,in1,in0,dp;
wire [7:0] sseg;
wire [3:0] an;
scan_led_display #(.M(N1)) unit
(.clk(clk),.rst(rst),.in3(in3),.in2(in2),.in1(in1),.in0(in0),.sseg(sseg),.an(an),.dp(dp));
initial beginrst=1; clk=0; dp=4'b0000;#15 rst=0;#10 rst=1;#10 rst=0;#10 rst=1;end
initial     begin in0=4'd9;         in1=4'd10;in2=4'd11;         in3=4'd12; endalways
#2 clk=~clk;
initial#200 $finish;
endmodule

(4)仿真波形

5.4秒表电路

(1)设计代码
clk_FD.v

//计数器分频模块
`timescale 1ns / 1ps
module clk_FD #(parameter N=33,M=5*10**9)(clk,rst,clk_fd);input clk,rst;output reg clk_fd;reg [N-1:0] regN;always @(posedge clk)if(!rst)clk_fd<=0;else if(regN<M-1)                    regN<=regN+1;elsebeginclk_fd<=~clk_fd;regN<=0;end
endmodule

watch.v

//计时模块
`timescale 1ns / 1ps
module watch(clk_fd,go,rst,d);input clk_fd,go,rst;output reg [3:0] d;always @(posedge clk_fd)if(!rst)d<=4'd0;else if(!go)d<=d;else if(d<4'd9)d<=d+4'd1;elsed<=4'd0;
endmodule

second_watch.v

//秒表计时模块
`timescale 1ns / 1ps
module second_watch #(parameter scan_time=18,N1=33,M1=5*10**9,N2=29,M2=5*10**8,N3=26,M3=5*10**7,N4=23,M4=5*10**6)
(clk,go,rst,sseg,an);
input clk,go,rst;
output [7:0] sseg;
output [3:0] an;
wire [3:0] in3,in2,in1,in0;
wire clk_001HZ,clk_01HZ,clk_1HZ,clk_10HZ;
//分频模块实例化4次
clk_FD #(.N(N1),.M(M1)) FD1(.clk(clk),.rst(rst),.clk_fd(clk_001HZ));  //100秒
clk_FD #(.N(N2),.M(M2)) FD2(.clk(clk),.rst(rst),.clk_fd(clk_01HZ));  //10秒
clk_FD #(.N(N3),.M(M3)) FD3(.clk(clk),.rst(rst),.clk_fd(clk_1HZ));  //1秒
clk_FD #(.N(N4),.M(M4)) FD4(.clk(clk),.rst(rst),.clk_fd(clk_10HZ));  //0.1秒
//计时模块实例化4次
watch w1(.clk_fd(clk_001HZ),.go(go),.rst(rst),.d(in3));
watch w2(.clk_fd(clk_01HZ),.go(go),.rst(rst),.d(in2));
watch w3(.clk_fd(clk_1HZ),.go(go),.rst(rst),.d(in1));
watch w4(.clk_fd(clk_10HZ),.go(go),.rst(rst),.d(in0));
//实例化数码管扫描模块
scan_led_display #(.M(scan_time)) scan(.clk(clk),.rst(rst),.in3(in3),.in2(in2),.in1(in1),.in0(in0),.dp(4'b0010),.sseg(sseg),.an(an));
endmodule

(2)RTL原理图（注意该把哪个文件设成top）
把second_watc.v和testbench_second_watch.v设为top。

(3)testbench代码

`timescale 1ns / 1ps
module testbench_second_watch;
reg clk,go,rst;
wire[7:0] sseg;
wire[3:0] an;
second_watch #(.scan_time(2),.N1(2),.M1(2),.N2(2),.M2(2),.N3(2),.M3(2),.N4(2),.M4(2))
sw(.clk(clk),.go(go),.rst(rst),.sseg(sseg),.an(an));initial begingo=1; clk=0;#20 go=0;#5 go=1;endinitialbeginrst=1;#5 rst=0;#2 rst=1;endalways #2 clk=~clk;initial #100 $finish;
endmodule

(4)仿真波形