二进制计数器，数码管显示

### 设计二进制计数器驱动数码管显示电路

#### 1. 硬件连接与工作原理

为了实现二进制计数器驱动数码管显示的功能，通常采用74HC595移位寄存器来扩展I/O端口数量，并通过译码器将BCD码转换成七段显示器所需的信号。具体来说：

- **74HC595移位寄存器**用于串行输入并行输出数据，可以减少单片机的GPIO占用；
- **CD4511 BCD至七段译码/锁存/驱动器**负责接收来自74HC595的数据并将之转化为适合LED共阴极型或共阳极型数码管使用的电平。

整个过程涉及到硬件连线以及相应的程序编写[^1]。

#### 2. Verilog HDL 编程实例

下面给出一段简单的Verilog代码片段作为例子，展示了如何创建一个四位二进制加法计算器模块，并将其值传递给外部接口以便于后续处理（比如发送到上述提到的74HC595芯片）:

// 定义顶层实体
module binary_counter(
    input wire clk,
    input wire reset_n,
    output reg [3:0] count_out
);

always @(posedge clk or negedge reset_n) begin : proc_count
    if (!reset_n)
        count_out <= 4'b0;
    else
        count_out <= (count_out == 4'd9)? 4'b0 : count_out + 1;
end

endmodule

这段代码定义了一个名为`binary_counter` 的模块，在每个上升沿时钟脉冲到来时更新内部状态变量 `count_out`. 当检测到低电平复位信号(`reset_n`)时会清零计数值[^2].

#### 3. 单片机控制部分

对于Arduino这样的开发板而言，可以通过SPI协议轻松操作74HC595。这里提供了一种可能的方法来刷新数码管上的数字表示形式：

#include <SPI.h>

const int latchPin = 8;

void setup() {
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  SPI.begin();
}

void loop() {
  static byte counterValue = 0;
  
  digitalWrite(latchPin, LOW); // 拉低Latch引脚准备传输新数据
  
  SPDR = pgm_read_byte_near(counterTable + counterValue++ % 10); // 发送当前要显示的字形编码
  
  while (!(SPSR & _BV(SPIF))); // 等待完成一次完整的SPI通信周期
    
  digitalWrite(latchPin, HIGH); // 提交更改后的输出
  
  delay(1000); // 延迟一秒再继续下一个循环迭代
}

在此基础上还可以加入更多特性，例如动态扫描多位数码管、调整亮度等高级功能.