FPGA极易入门教程

       接上篇：FPGA极易入门教程（1）----数码管静态显示篇，建议一起阅读，有助于理解。

       在静态显示章节我们实现了6个数码管的显示，在所有数码管的位选信号都选通的情况下，6个数码管显示都是一致的。这就有点难搞了，我在实际开发中怎么可能用6个数码管来显示同一个数字，我用一个不就得了？所以说数码管的静态显示这种方法不太实用，仅仅能帮助我们如何学习使用FPGA来控制数码管。看来得想点办法让6个数码管显示不同的数字。

       大家应该都清楚电影的基本显示原理：视觉暂留。科学实验证明，人眼在某个视像消失后，仍可使该物像在视网膜上滞留0.1－0.4秒左右。电影胶片以每秒24格画面匀速转动，一系列静态画面就会因视觉暂留作用而造成一种连续的视觉印象，产生逼真的动感。

        我们的开发板一般都是独立控制6个数码管的电源（位选），然后可以控制所有的数码管的显示内容（段选）。假设现在需要显示一个数字：123456。那么可以先让数码管显示6，由于所有数码管的段选均连在一起，假设所有数码管供电（位选控制），那么数码管应该会显示：666666，这显然不符合我们的需求。可以只保留最右边的数码管亮，其他全部熄灭，那么6个数码管应该显示：、、、、、6（、表示数码管熄灭），让这个状态先保持一定的时间，比如说1ms。接着，让数码管显示5，同时除了右数第二个数码管供电外，其他数码管一概熄灭，那么6个数码管应该显示：、、、、5、（、表示数码管熄灭），这个状态仍然保持1ms。然后重复这个过程，来使得剩下的4个数码管分别显示4~1。

       显然，由于人眼的“视觉暂留”效应，第一次看到的数字“6”会保持一定的时间，第二次看到的数字“5”也会保持一定的时间，```````最后一次看到的数字“1”也会保持一定的时间，这样看起来就好像数字“123456”同时出现在了眼前。

        上图是显示数字“1234”的示意GIF，因为切换速度不够快，所以还是可以看到明显的切换过程，但是实际上已经有一点“暂留“的感觉了。可以预见，一旦这个切换速度够快，那么人眼应该是无法察觉切换过程的，也就是说到时只能看到数字”1234“了，就好像数字”1234“同时在显示一样。依靠这个原理我们就可以实现数码管的动态显示了。

       了解了原理后，开始编写数码管动态显示的驱动代码。

        驱动模块输入输出端口如下图：

        各信号含义如下：

                输入端：

                        sys_clk：系统时钟，我的开发板是50M，周期20ns

                        sys_rst_n：低电平有效的异步复位信号

                        num[19:0]：显示的数字，10进制，可显示范围：0-999999，需要20bit的位宽才能表示

                输出端

                        dis_seg[6:0]：数码管7位段选，从高到底分别控制二极管a~g，低电平有效

                        dis_sel[5:0]：数码管位宽，共6个数码管所以共需要6bit，低电平有效

                        dp：小数点二极管控制信号，低电平有效

       不妨先构思一下具体的思路：

计时（计数）模块

        让数码管实现动态显示的效果的关键，是要以一个较快的时间来切换供电的数码管，这个时间一般可以设置为1ms或者其他。那么我们必然需要一个计时模块来计数，这个模块重复计时到1ms。

移位模块

        让数码管实现动态显示的效果的另一个关键，是要每隔1ms让一个数码管来显示数字的对应位，此时其他位的数码管必须均灭。比如第1ms显示个位的数码管，下一ms显示十位的数码管······直到显示十万位的数码管后再循环。而数码管的亮灭是使用位选信号控制的，也就是说我们需要控制位选信号的移动，每隔1ms，让位选信号左移1位即可。

BCD转换模块

        在本设计里，输入的是十进制数，因为这样使用起来是比较直观和方便的。但是使用者方便了，FPGA就不一定“方便”了。在数字世界中，数字的表示都是采用二进制数来表示。那么如果想要完整的表示十进制中的10个单个数字0~9，则最少需要用4位二进制表示（‘d9 == 'b1001）。但是直接用4位二级制表示，也会有显示问题。比如我现在输入数字：15（’d15 == 'hf），那么我肯定希望数码管显示的是两个数字1--5，而不是一个字母F吗，毕竟喜欢在日常生活中用十六进制的人应该不多。所以我们需要将显示数字从二进制转换为BCD进制码。BCD码可以简单地理解为，将所以位一一拆开，每位均用4位2进制码表示。例如十进制的123，BCD码则为：0001_0010_0011。

        二进制码转BCD码的方法有很多（以后再说），本文采用一种比较直观（但是资源消耗很多）的方法：通过求商、求余的方法来求得6位数的每一位。

        求得6位数的每一位（共6位）后，还需要从高位到低位依次进行判断：

                该位是否非0。若所有位均不为0，则应是完整的6位数，此时将各个位上的BCD码统一寄存到一个变量。

                若最高位为0，则说明这是一个5位数。在这里显示5位数的时候，我们希望最高位会被熄灭，而不是显示0，比如012345就看起来很别扭。所以最高位的BCD码（也就是0）就不用被寄存，替代寄存一个其他约定好的数（'ha~'hf均可，这里用'ha）来表示熄灭，后面将BCD码解析成数码管的编码时，就接卸成熄灭所有段选。或者直接用熄灭的数码管编码代替，省略一道解码过程。

                若最高2位均为0，则说明这个是一个4位数。最高位、此高位的BCD码均不用寄存，用熄灭的BCD码代替。

                其他位情况相似。

判断模块

        移位模块让位选有效信号定时定时移动了起来。在判断模块，需要根据当前有效的位选信号，来判断对应数码管应该显示什么数值。例如，在当前时刻，仅右数第一个数码管点亮，那么此时数码管应该显示的值即为高位数的BCD码······

译码模块

        根据输入的BCD码来让数码管点亮对应的段选信号，可以看作是BCD码到段选码的译码过程。

        根据以上，可以编写出完整的代码如下：