七段数码管

• 一、 实验目的
• 二、 实验内容
• • 1. 实验流程
  • 2. Verilog代码分析
  • • （1） Design source（.v文件）：
    • （2） Constraints source（.xdc文件）
    • （3） Elaborated design：
• 三、 实验结论
• 四、 思考与讨论
• • （一） 问题与提升
  • （二） 实验感想

一、 实验目的

了解七段数码管的构造和工作原理。
输入一个BCD码，使七段数码管显示对应的十进制数，对应0~9如下所示

二、 实验内容

1. 实验流程

① 分析实验目的，本次实验需要一组7段数码管显示对应于输入BCD码的十进制数，故考虑使用实验板上的一组数码管。
② 每组数码管由a~g的7个独立阴极组成，7个独立阴极的亮熄状态决定了数码管显示的状态。
③ 每个BCD码对应数码管的一种显示，故考虑用case语句完成对一组数码管a~g的赋值。
④ 结合数码管的构造（共阳极：点亮，引脚输出为低电平(0)；不亮，引脚输出为高电平(1)），作出真值表，编写verilog代码并上板验证。

⑤根据亮灯原理图写真值表：
对于需要使用的某组数码管，赋值AN=0，其他7组数码管赋值AN=1。对于该组数码管中的a~g独立阴极，某一个赋0则亮，赋1则不亮.

BCD码	a_to_g
centered 文本居中	right-aligned 文本居右
0000	0000001
0001	1001111
0010	0010010
0011	0000110
0100	1001100
0101	0100100
0110	0100000
0111	0001111
1000	0000000
1001	0000100

2. Verilog代码分析

（1） Design source（.v文件）：

 module BCDsegment(
   input [3:0]SW, 
//输入BCD码SW[3]=R15,SW[2]=M13,SW[1]=L16,SW[0]=J13
    output reg [6:0]a_to_g,
    output DP,
    output [7:0]AN
    );
    assign AN=8'b1111_1110;
    assign DP=1;
    always@(*)
    begin
    case(SW)
    4'b0000:  a_to_g=7'b0000001;
    4'b0001:  a_to_g=7'b1001111;
    4'b0010:  a_to_g=7'b0010010;
    4'b0011:  a_to_g=7'b0000110;
    4'b0100:  a_to_g=7'b1001100;
    4'b0101:  a_to_g=7'b0100100;
    4'b0110:  a_to_g=7'b0100000;
    4'b0111:  a_to_g=7'b0001111;
    4'b1000:  a_to_g=7'b0000000;
    4'b1001:  a_to_g=7'b0000100;
    endcase
    end
endmodule

.v分析：
① input一个四位向量SW作为输入信号，通过拨动对应的引脚改变输入的BCD码。
② output一个七位向量a_to_g决定一组七段数码管的各二极管亮暗状态，亮起的二极管组合形成一个十进制数。
③ output一个DP信号，是实验板上8组数码管的总开关，用assign语句赋值为1。
④ output一个八位向量AN，AN决定一个实验板上的八组数码管使用状态，赋值为1的不使用，赋值为0的为使用。本次实验中将AN通过assign语句赋值为8’b1111_1110，表示只使用AN[0]对应的那组数码管。
⑤ 在always语句中，用case语句完成BCD码和七段数码管状态的对应工作。

（2） Constraints source（.xdc文件）

##Switches
 set_property -dict { PACKAGE_PIN J15   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[0] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN L16   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[1] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN M13   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[2] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN R15   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { SW[3] }];
##7 segment display
set_property -dict { PACKAGE_PIN T10   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[6] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN R10   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[5] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K16   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[4] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN K13   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[3] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN P15   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[2] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T11   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[1] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN L18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { a_to_g[0] }]; 

set_property -dict { PACKAGE_PIN H15   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { DP }]; 

set_property -dict { PACKAGE_PIN J17   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[0] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN J18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[1] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN T9    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[2] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN J14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[3] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN P14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[4] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN T14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[5] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN K2    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[6] }]; 
set_property -dict { PACKAGE_PIN U13   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { AN[7] }]; 

.xdc分析
① 每个引脚一行语句：代表引脚在实验板上的位置和输出标准电平3.3V。
② 引脚锁定文件使用到的引脚名称与design source中所使用到变量名称相对应。
③ 该.xdc文件中，SW[0]_{SW[3]代表输入的BCD码，a_to_g[6]} a_to_g[0]代表一组7段数码管的编号a~g的led灯（顺时针方向），DP为总开关，AN为实验板上的8组7段数码管。

（3） Elaborated design：

三、 实验结论

本次实验中，通过完成输入BCD码，七段数码管显示对应的十进制数，我对实验板上8组七段数码管的构造和工作原理有了更加深刻的印象：一个实验板上的8组七段数码管首先由一个总开关DP控制，DP为1时，数码管才能被使用；而每组数码管是否工作，则由一个8位的向量AN控制，因为是共阳极构造，当AN某位为0时，才表示该组数码管投入使用；每组数码管由7个二极管组成，亮暗状态由一个7位向量a_to_g决定，同样因为共阳极的构造，当a_to_g某位为0时对应的二极管亮。这个a_to_g向量同时控制所有组数码管的7段二极管。过程中我也加深了对BCD码的记忆。

四、 思考与讨论

（一） 问题与提升

在本次实验之外，我还对七段数码管的功能做了其他探究，在接触到时序电序后，可以通过控制各组七段数码管进行倒计时，计数等功能，七段数码管的构造从整体到局部，提供了很多变化的可能性。同时我还注意到生活中一些七段数码管的实际应用：洗澡时机器显示消耗的金额，电子手表显示的时间，测温枪显示的温度等，都是通过特定情境下对数码管的状态控制传递了信息。

（二） 实验感想

本次实验在实验前进行了理论分析，使书写代码的过程十分流畅，上板实验也十分顺利。我认识到了解基本概念，熟悉理论知识和实验硬件构造，这三者相结合是十分重要的。通过对BCD码的了解：这是一个从0~9的四位二进制数表示。通过对七段数码管构造的了解：共阳极和对应二极管亮灭。我能通过理论分析将这种状态的对应用数字表示出来，并最终在实验硬件上得到验证，这是一个很奇妙的过程。