在數(shù)字FPGA電路中，作為入門級(jí)別的外設(shè)除LED燈外，數(shù)碼管算是使用頻率最多、應(yīng)用范圍最廣的一個(gè)核心集成外設(shè)了，因此學(xué)習(xí)數(shù)碼管的使用非常有必要，下面一起來看看數(shù)碼管的顯示原理及其實(shí)現(xiàn)方式吧！

1. 數(shù)碼管顯示原理

數(shù)碼管是電子設(shè)計(jì)中常用的外設(shè)設(shè)備之一，用來顯示一些數(shù)據(jù)數(shù)值。常見的數(shù)碼管有單個(gè)的以及多個(gè)共用一起的，那么首先由最簡(jiǎn)單的單個(gè)數(shù)碼管的原理介紹，方便大家的理解。如下圖a所示：

圖a單個(gè)數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)

這就是一個(gè)常見的單個(gè)數(shù)碼管內(nèi)部的結(jié)構(gòu)造型，可以理解成7個(gè)長(zhǎng)方形的LED小燈組成，由這些小燈的亮滅狀況來組成數(shù)碼管顯示的不同數(shù)值，下面我以手繪圖展示幾個(gè)數(shù)字的情況，大家應(yīng)該能更清楚直觀的明白其工作原理，如下圖b所示：

圖b顯示數(shù)字024

這里是三個(gè)單獨(dú)的數(shù)碼管，分別顯示數(shù)字0、2、4，所以數(shù)碼管的原理可以簡(jiǎn)單的理解為點(diǎn)亮小燈的組合排列即可（具體內(nèi)部電路的可以參考后面的附錄，因?yàn)槠洳粚儆?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/8791/" target="_blank">數(shù)字電路的內(nèi)容，故放在附錄中），明白了數(shù)碼管的原理那么再來實(shí)現(xiàn)這部分的操作就很簡(jiǎn)單啦，下面就一起具體看看是如何實(shí)現(xiàn)的吧。

2. 數(shù)碼管顯示部分的程序?qū)崿F(xiàn)

在日常生活中燈的亮滅是通過開關(guān)來進(jìn)行控制，開可以理解為一個(gè)高電平的指令，關(guān)則相反，而在數(shù)字電路中，邏輯電平高低分別用1和0來進(jìn)行表示，因此要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮數(shù)碼管的功能，也就可以通過0和1來進(jìn)行控制a~g這七個(gè)小燈，比如讓數(shù)碼管顯示1那么只需要b、c這兩個(gè)小燈點(diǎn)亮就可以了，那么下面就來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示部分的程序，使用的Verilog語言：

module    one_digit(
    input    [3:0]    data,
    output    [7:0]    seg
);

reg        [7:0]    seg;

always @(data) begin
    case(data)
        4'h0:seg = 8'b11000000;
        4'h1:seg = 8'b11111001;
        4'h2:seg = 8'b10100100;
        4'h3:seg = 8'b10110000;
        4'h5:seg = 8'b10010010;
        4'h4:seg = 8'b10011001;
        4'h6:seg = 8'b10000010;
        4'h7:seg = 8'b11111000;
        4'h8:seg = 8'b10000000;
        4'h9:seg = 8'b10010000;
        4'ha:seg = 8'b10001000;
        4'hb:seg = 8'b10000011;
        4'hc:seg = 8'b11000110;
        4'hd:seg = 8'b10100001;
        4'he:seg = 8'b10000110;
        4'hf:seg = 8'b10111111;
    endcase
end

endmodule

以上就是基于的是LUT查找表的原理所寫的單個(gè)數(shù)碼管顯示的程序。

3. 數(shù)碼管程序的驗(yàn)證

當(dāng)寫完一部分語法驗(yàn)證沒有錯(cuò)誤、編譯能夠成功的程序后，下面要做的就是核心的功能驗(yàn)證，那么對(duì)于上面的數(shù)碼管程序如何進(jìn)行驗(yàn)證呢？

對(duì)于FPGA設(shè)計(jì)的驗(yàn)證來說，常見的驗(yàn)證方式有兩種：a.仿真驗(yàn)證b.下板驗(yàn)證，當(dāng)身邊沒有合適硬件板卡的時(shí)候，仿真驗(yàn)證往往是不錯(cuò)的選擇，這個(gè)時(shí)候借助一些EDA工具，可以方便的驗(yàn)證好設(shè)計(jì)的程序邏輯功能是否正確，Modelsim就是這樣一款便于仿真驗(yàn)證的工具，當(dāng)然進(jìn)行仿真驗(yàn)證的時(shí)候也需要進(jìn)行激勵(lì)的輸入（編寫一部分代碼），下面對(duì)這個(gè)數(shù)碼管的程序使用仿真驗(yàn)證的方式看看效果吧，如下圖c所示：

圖c數(shù)碼管仿真結(jié)果

可以從仿真波形的高低判斷出對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管內(nèi)部LED小燈的亮滅情況，由此排列組合推斷出實(shí)際的數(shù)碼管顯示情況，以此作為仿真驗(yàn)證判斷的依據(jù)，下面給出仿真驗(yàn)證的程序：

`timescale      1ns/1ns

 

module TB_one_dight;

 

reg         [3:0]data;

wire[7:0]seg         ;

 

one_digituut(

       data,

       seg

);    

 

initial begin

       data=     0;

       #100;

       repeat(16)begin

              data=     data+     1;

              #100;

       end

       $stop;

end

 

endmodule

至于實(shí)物驗(yàn)證的部分的話，建議結(jié)合相關(guān)的硬件板塊配套例程來進(jìn)行學(xué)習(xí)驗(yàn)證，這里就不做板卡推薦了，F(xiàn)PGA板卡以實(shí)物配套為文檔教程為準(zhǔn)。