FPGA入门学习之Vivado-数码管驱动设计实验

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本文介绍了使用Vivado进行FPGA数码管驱动设计的实验过程,包括创建工程、编写Verilog代码、设置引脚约束、生成比特流文件和下载到开发板。通过实验,读者可以学习如何控制数码管显示数字,理解FPGA驱动数码管的基本原理。

在本篇文章中,我们将介绍如何使用Vivado软件进行FPGA的数码管驱动设计实验。数码管是一种常见的输出设备,用于显示数字或字符等信息。通过本实验,您将学习如何使用FPGA来控制数码管的显示,并编写相应的Verilog代码。

实验准备:

  1. Vivado软件的安装和配置。
  2. FPGA开发板(如Xilinx的Basys 3)。

实验步骤:

步骤1:创建新工程

  1. 打开Vivado软件,并选择"Create Project"来创建一个新工程。
  2. 在弹出的对话框中,选择一个合适的目录,并为工程命名。
  3. 选择FPGA型号和开发板型号,并点击"Next"。
  4. 确保"RTL Project"被选中,然后点击"Next"。
  5. 在"Add Sources"页面中,点击"Create File",然后选择"Verilog"作为文件类型,并为其命名为"seven_segment.v"。
  6. 在"Edit File"页面中,将以下Verilog代码粘贴到文件中:
module seven_segment(
  input [3:0] num,
  output reg [6:0] seg
);

  always @(*)
    case(num)
      4'b0000: seg = 7'b1000000; // 数字0
      4'b0001: seg = 7'b1111001; // 数字1
      4'b0010: seg = 7'b010010
### 设计点亮数码管的方案 在使用 Vivado 和 Verilog 进行 FPGA开发过程中,实现数码管点亮是一个常见的入门级项目。以下是关于如何利用 Vivado 来完成这一目标的设计方法。 #### 1. 数码管的工作原理 数码管是一种用于显示数字或其他字符的电子元件。它可以通过控制其内部的 LED 发光来形成特定的图案。为了减少硬件资源占用并简化电路设计,通常采用动态扫描的方式来驱动多个数码管[^4]。这种方式的核心在于快速轮询不同上的数码管,在视觉上造成它们同时被点亮的效果。 #### 2. 动态扫描的基本概念 动态扫描的关键是在短时间内依次激活每一个数码管,并为其提供相应的段数据。由于人眼存在“视觉暂留”的特性,只要刷新频率足够高(一般大于50Hz),就可以让观察者感知到稳定的图像[^1]。 #### 3. 系统模块划分 一个完整的数码管驱动系统可以分为以下几个部分: - **时钟分频器** 负责生成适合数码管刷新率需求的低频时钟信号。 - **译码器** 将输入的数据转化为对应的七段码形式以便于驱动数码管中的LED灯条。例如十进制数`4`应转换为二进制序列`8&#39;h66`以匹配共阴极型数码管的要求[^5]。 - **动态扫描控制器** 控制每一数码管的选择线和对应的数据更新逻辑,确保每一轮循环中只有一组选通端有效而其他均关闭。 #### 4. 实现代码概览 下面给出了一段简单的Verilog代码片段作为参考,展示了基本的功能框架: ```verilog // Clock Divider Module Example module clk_divider ( input wire sys_clk, // System clock (e.g., 100MHz) output reg slow_clk // Slower frequency clock signal ); always @(posedge sys_clk) begin counter <= counter + 1; if(counter >= DIVIDER_VALUE) begin counter <= 0; slow_clk <= ~slow_clk; end end endmodule // Segment Decoder Example for Common Cathode Display module segment_decoder( input [3:0] digit_in, output reg [7:0] segments_out ); always @(*) begin case(digit_in) 4&#39;b0000 : segments_out = 8&#39;b00000011; // &#39;0&#39; ... default : segments_out = 8&#39;b11111111; // Off state endcase end endmodule ``` 以上仅提供了两个子功能单元的例子——时钟分割与段解码;实际应用还需要加入更多细节处理如多路复用选择机制等[^3]。 #### 5. 测试验证 编写测试平台文件(hex8_tb),模拟真实环境下的各种可能情况来进行仿真调试,确认各组件间交互无误后再下载至物理设备执行最终效果评估[^2]。 ---
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