Basys3板数码管显示CPU执行状态

"该文主要介绍了如何在Basys3开发板上使用4个七段数码管来监控CPU执行指令的状态，包括当前指令地址PC、下条指令地址PC、RS寄存器地址及数据、RT寄存器地址及数据以及ALU的结果输出。文章详细阐述了各个部分的工作原理和数码管的显示控制逻辑。" 在Basys3开发板上，通过4个七段数码管可以实时查看CPU在执行指令过程中的关键信息。首先，数码管用于显示当前指令地址（PC）、下条指令地址（PC+1）、RS寄存器地址及其存储的数据、以及RT寄存器地址和其存储的数据。此外，它们还能展示ALU（算术逻辑单元）的运算结果，这有助于调试和理解CPU的执行流程。 数码管的显示内容受开关SW_in（SW15和SW14）的控制。SW_in的不同组合对应不同的显示模式： - 当SW_in设置为00时，显示当前PC值和下条指令PC值。 - 设置为01，显示RS寄存器的地址和数据。 - 设置为10，显示RT寄存器的地址和数据。 - 设置为11，则显示ALU的运算结果和DB总线上的数据。 在硬件层面，七段数码管的位控信号AN3-AN0用于选择哪个数码管亮起。每个数码管的编码只有一个位为0，其他位为1，以实现段选。数码管有共阳极和共阴极两种类型，对应的段对应引脚顺序不同。为了保证显示效果，系统需要适当的刷新频率，过高或过低都会影响显示质量，通常需要对系统时钟进行分频。 指令执行采用单步模式，通过按键（BTNR）控制。在每个按键周期内，所有数码管都需要刷新一次，以避免闪烁和错误显示。位控信号AN3-AN0的四种组合（1110、1101、1011、0111）分别对应一个数码管被选中，其余熄灭。 设计CPU监控系统时，考虑的关键点包括： 1. 需要有两个时钟信号，一个作为系统时钟，通常由开发板提供；另一个为工作时钟，可以通过按键产生，但按键输入需进行消抖处理以避免误操作。 2. 数码管的刷新频率要适中，过高或过低都会影响显示效果。 通过这样的设计，开发者可以直观地看到CPU在执行每一步指令时的具体状态，这对于理解和调试自制CPU的程序逻辑至关重要。