简述Quartus II Verilog HDL 动态数码管的使用方法

### Quartus II 中使用 Verilog HDL 实现动态数码管的方法 #### 1. 动态数码管的工作原理 动态数码管通过快速扫描多个数码管来实现多段显示的效果。由于人眼的视觉暂留效应，在一定刷新频率下（通常大于 60 Hz），即使每个数码管只短暂点亮，也会让人感觉它们同时亮起[^1]。 为了实现这种效果，需要设计一个控制器，该控制器能够按照一定的顺序依次选通各个数码管，并为其提供对应的段码数据。具体来说，动态数码管的设计可以分为以下几个方面： - **分频器模块**：用于生成较低频率的时钟信号，控制数码管的切换速度。 - **计数器模块**：负责记录当前正在显示的是哪一个数码管。 - **译码器模块**：将输入的数据转化为七段数码管所需的段码。 --- #### 2. 设计流程与代码示例 ##### （1）创建项目并设置环境 在 Quartus II 软件中新建一个工程，指定目标器件型号以及引脚分配。对于常见的 FPGA 开发板，数码管的连接方式可能类似于以下配置[^4]: ```plaintext HEX0[0..6] -> dr0[0..6] HEX1[0..6] -> dr1[0..6] ... ``` ##### （2）编写 Verilog 文件 以下是完整的动态数码管驱动程序框架： ###### a. 主模块 `dynamic_display` 此模块集成了分频器、计数器和译码器功能。 ```verilog module dynamic_display( input wire clk, // 系统时钟 input wire reset_n, // 复位信号 (低电平有效) input [3:0] data_in[0:3],// 输入数据数组 (最多支持 4 个数码管) output reg [7:0] seg_data,// 数码管段码输出 output reg [3:0] seg_sel // 数码管片选信号 ); reg [19:0] counter; // 计数器变量 reg [1:0] current_digit; // 当前选中的数码管编号 always @(posedge clk or negedge reset_n) begin if (!reset_n) begin counter <= 0; current_digit <= 0; end else begin if (counter == 200000) begin // 设置合适的延时时间 (~5ms @50MHz) counter <= 0; current_digit <= current_digit + 1; end else begin counter <= counter + 1; end end end assign seg_sel = ~(1 << current_digit); // 片选逻辑反相 always @* begin case(current_digit) 2'd0: seg_data = decode(data_in[0]); 2'd1: seg_data = decode(data_in[1]); 2'd2: seg_data = decode(data_in[2]); 2'd3: seg_data = decode(data_in[3]); default: seg_data = 8'hFF; endcase end function [7:0] decode(input [3:0] digit); case(digit) 4'b0000: decode = 8'b11110000; // '0' 4'b0001: decode = 8'b01100000; // '1' 4'b0010: decode = 8'b11011010; // '2' 4'b0011: decode = 8'b11110010; // '3' 4'b0100: decode = 8'b01100110; // '4' 4'b0101: decode = 8'b10110110; // '5' 4'b0110: decode = 8'b10111110; // '6' 4'b0111: decode = 8'b11100000; // '7' 4'b1000: decode = 8'b11111110; // '8' 4'b1001: decode = 8'b11110110; // '9' default: decode = 8'hFF; // 默认关闭所有段 endcase endfunction endmodule ``` 上述代码实现了基本的功能需求，其中： - `seg_data` 输出对应于当前激活的数码管所需显示的内容； - `seg_sel` 控制哪个具体的数码管被点亮； 注意这里的延迟周期可以根据实际使用的晶振频率调整以满足最佳视觉体验的要求[^2]。 --- #### 3. 测试与验证 完成硬件描述之后，可以通过 ModelSim 或者其他仿真工具来进行行为级测试。另外也可以下载到真实的 FPGA 板子上去观察运行情况是否符合预期。 如果发现某些特定条件下存在错误，则需仔细检查状态机转移条件或者重新校准定时参数[^3]。 --- #### 问题