8位数码管动态显示与VHDL设计详解

PB16060240实验旨在让学生深入理解和实践FPGA开发中的8位七段数码管动态显示电路设计。黄骏达同学的目标包括： 1. 熟悉8位数码管动态显示的控制原理：8位数码管由7位数据信号控制，每个数据信号对应数码管的一段。在共阳极数码管中，所有阳极接高电平。8位数码管通过一个控制器进行轮流扫描显示。 2. 掌握VHDL testbench的编写和仿真流程：学生需要编写和测试VHDL代码来驱动数码管，这是硬件描述语言，用于描述数字电路的行为，便于在FPGA上实现。 3. FPGA开发环境和设计步骤：实验涉及到Altera FPGA的开发环境，包括设计流程，如模块化设计，如4-7译码器和3-8译码器的设计与应用。学生要学习如何设计顶层实体、底层逻辑模块以及它们之间的接口。 具体设计过程如下： - **模块化电路设计**：首先设计了一个4-7译码器作为顶层，负责将控制信号转换为特定的数码管段选信号。接下来是锁存器电路，它接受4位输入，存储显示数据，其中一位用于数据锁存，三位用于选择8个虚拟锁存器中的一个。 - **扫描电路**：包含一个分频器，用来降低时钟频率；一个8进制计数器，对分频后的时钟进行计数，产生扫描信号；以及一个3-8译码器，根据计数器的结果选择要显示的数码管。 - **分频器与计数器**：分频器用于调整时序，虽然不是必须的，但在实际设计中可能有用。8进制计数器则作为核心组件，驱动锁存器和译码器。 - **译码器**：使用case结构或新的简化方法（如使用`others`与`for`循环）进行编码，尽管代码简洁，但电路复杂性增加。尽管如此，这种方法不被推崇，可能是因为电路设计的易读性和可维护性受到影响。 - **VHDL源代码**：实验中提供了8进制计数器的VHDL代码，展示了如何定义实体（如输入输出端口）、声明类型以及实体的行为。 通过这个实验，学生不仅掌握了硬件设计的基本技能，还了解到如何优化代码以提高电路效率和可读性。此外，他们还将了解如何在实际项目中结合硬件描述语言进行FPGA的系统级设计。