分段式数码管显示技术与FPGA驱动

"7段数码管显示设计实验教程" 在本次实验中，我们将深入理解7段数码管的显示设计，这是电子工程和计算机科学领域中常见的显示技术。数码管，特别是共阴极类型的7段数码管，是通过控制各个段的导通状态来呈现0-9的数字或字母。7段数码管由7个独立的LED段组成，它们形成一个"日"字形状，每个段对应一个控制信号，分别是SEG_A到SEG_G，还有一个用于显示小数点的SEG_DP。 实验前，确保你拥有必要的硬件设备，包括EXCD-1可编程片上系统开发板、下载线以及5V电源。在开始实验之前，需要将DIP开关JP1设置到上方（7SEGLED），以便正确连接到4位7段数码管。 实验的主要目标是熟练掌握VHDL语言编写数码管显示程序，了解如何驱动数码管，并通过USB电缆或并口下载线将设计下载到FPGA（现场可编程门阵列）中。此外，实验还将涉及FPGA的逻辑电路调试，确保数码管能稳定、无闪烁地显示字符。 实验原理部分介绍了数码管的三种显示方式：字型重叠式、分段式和点阵式。其中，分段式是最常用的方式，尤其是7段LED显示器。共阴极显示器的阳极连接到公共点，而共阳极显示器的阴极连接到公共点。在EXCD-1开发板上，使用的是四位共阴极数码管，位选择端（SEG_SEL1到SEG_SEL4）控制哪一位数码管被选中。当位选择信号为高电平时，对应数码管被点亮，而各段的亮灭则由SEG_A到SEG_G和SEG_DP的高电平或低电平决定。 为了实现稳定的显示，需要满足一定的切换频率。当单个数码管的切换频率超过50Hz时，人眼会认为它是连续显示的。因此，对于4位数码管来说，至少需要200Hz的切换频率才能避免闪烁，保持显示的连续性。 实验过程中，8位拨码开关JP1用于连接四位数码管与FPGA的IO引脚。当开关置于上方，数码管工作；置于下方，则FPGA引脚可用于外部IO扩展。需要注意的是，即使开关断开，IO引脚依然与外部接口相连，因此在数码管工作时，不应在扩展接口上添加其他模块。 表5-1详细列出了7段数码管的输入输出关系，提供了每一段对应数字0-9和某些字母的控制信号状态。通过理解这些关系，你可以编写程序来驱动数码管显示所需的数字或字符。 7段数码管显示设计实验是学习数字电路、FPGA编程和硬件接口控制的重要实践，它将帮助你加深对数字显示技术和微电子系统设计的理解。