小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程之数码管动态扫描设计与实现

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大家好，今天，小梅哥继续连载本人精心录制和编辑的FPGA学习系列教程——《小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程》。教程充分考虑0基础朋友的实际情况，手把手带领学习者分析思路、编写代码、仿真验证、板级调试。教语法，学仿真，一步一步，直到最后设计若干较为综合的逻辑系统。

教程以我们自主开发的芯航线FPGA学习板为实验平台，通过若干基础和综合的系统设计讲解，一步一步掌握FPGA设计与验证的思想和方法，希望了解芯航线FPGA学习板的，请点击这里：

http://z.elecfans.com/1?ck=snow

今天是视频第十讲，主要通过讲解数码管动态扫描原理，并提取出实现的电路结构，从电路结构入手编写代码，仿真对设计进行验证，最终板级调试时，使用In system sources and probes editor调试工具设置需要显示的内容，则数码管显示对应的数值。本节课与前面课程的风格稍有不同，本节课代码不再是核心，核心是电路结构，电路结构确定后编写代码只是照图施工的过程。这也是越来越接近FPGA设计的底层思维。希望大家仔细体会。

接下来，大家请看视频教程，由于视频中有部分网络的链接，因此上传优酷会被屏蔽，这里就直接分享在百度云盘中了。欢迎大家转载观看。（1280*720分辨率，MP4格式，用手机观看效果非常爽哦，建议大家下载了再观看）

好消息：

从此再也不需要一个一个回复才能看下载地址了

全部开源视频下载地址：

http://pan.baidu.com/s/1kUs0vkF
视频教程中配套源码下载地址：
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小梅哥

2015年9月30日星期三

芯航线电子工作室

按照梅总的思路，将案件消抖+7段数码管结合起来做一个随机数产生的小玩具，输入两个按钮，一个start,按下开始以50mhz频率计数，一个pause按钮，按下暂停计数，得到的数马马虎虎就算作随机数。
上代码，这个是顶层模块

module key_hex8 (
clk,
rst_n,
key_start,
key_pause,
sel,
seg
);
input clk;
input rst_n;
input key_start;
input key_pause;
output [7:0] sel;
output [6:0] seg;
wire start_key_flag;
wire pause_key_flag;
wire[31:0] disp_data;
key_filter start_key(
.Clk(clk),
.Rst_n(rst_n),
.key_in(key_start),
.key_flag(start_key_flag),
.key_state()
);
key_filter pause_key(
.Clk(clk),
.Rst_n(rst_n),
.key_in(key_pause),
.key_flag(pause_key_flag),
.key_state()
);
ctrl my_ctrl(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.key_start_flag(start_key_flag),
.key_pause_flag(pause_key_flag),
.disp_data(disp_data)
);
HXE8 my_Hxe8(
.Clk(clk),
.Rst_n(rst_n),
.En(1),
.disp_data(disp_data),
.sel(sel),
.seg(seg)
);
endmodule

复制代码

这个是梅总的按键消抖模块，中文注释乱码。请梅总自己解决

module key_filter(Clk,Rst_n,key_in,key_flag,key_state);
input Clk;
input Rst_n;
input key_in;
output reg key_flag;
output reg key_state;
localparam
IDEL = 4'b0001,
FILTER0 = 4'b0010,
DOWN = 4'b0100,
FILTER1 = 4'b1000;
reg [3:0]state;
reg [19:0]cnt;
reg en_cnt; //浣胯兘璁℃暟瀵勫瓨鍣?
//瀵瑰閮ㄨ緭鍏ョ殑寮傛淇″彿杩涜鍚屾澶勭悊
reg key_in_sa,key_in_sb;
always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)begin
key_in_sa <= 1'b0;
key_in_sb <= 1'b0;
end
else begin
key_in_sa <= key_in;
key_in_sb <= key_in_sa;
end
reg key_tmpa,key_tmpb;
wire pedge,nedge;
reg cnt_full;//璁℃暟婊℃爣蹇椾俊鍙?
//浣跨敤D瑙﹀彂鍣ㄥ瓨鍌ㄤ袱涓浉閭绘椂閽熶笂鍗囨部鏃跺閮ㄨ緭鍏ヤ俊鍙凤紙宸茬粡鍚屾鍒扮郴缁熸椂閽熷煙涓級鐨勭數骞崇姸鎬?
always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)begin
key_tmpa <= 1'b0;
key_tmpb <= 1'b0;
end
else begin
key_tmpa <= key_in_sb;
key_tmpb <= key_tmpa;
end
//浜х敓璺冲彉娌夸俊鍙?
assign nedge = ！key_tmpa & key_tmpb;
assign pedge = key_tmpa & (！key_tmpb);
always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= IDEL;
key_flag <= 1'b0;
key_state <= 1'b1;
end
else begin
case(state)
IDEL :
begin
key_flag <= 1'b0;
if(nedge)begin
state <= FILTER0;
en_cnt <= 1'b1;
end
else
state <= IDEL;
end
FILTER0:
if(cnt_full)begin
key_flag <= 1'b1;
key_state <= 1'b0;
en_cnt <= 1'b0;
state <= DOWN;
end
else if(pedge)begin
state <= IDEL;
en_cnt <= 1'b0;
end
else
state <= FILTER0;
DOWN:
begin
key_flag <= 1'b0;
if(pedge)begin
state <= FILTER1;
en_cnt <= 1'b1;
end
else
state <= DOWN;
end
FILTER1:
if(cnt_full)begin
key_flag <= 1'b1;
key_state <= 1'b1;
state <= IDEL;
end
else if(nedge)begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= DOWN;
end
else
state <= FILTER1;
default:
begin
state <= IDEL;
en_cnt <= 1'b0;
key_flag <= 1'b0;
key_state <= 1'b1;
end
endcase
end
always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)
cnt <= 20'd0;
else if(en_cnt)
cnt <= cnt + 1'b1;
else
cnt <= 20'd0;
always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)
cnt_full <= 1'b0;
else if(cnt == 999_999)
cnt_full <= 1'b1;
else
cnt_full <= 1'b0;
endmodule

复制代码

这个是梅总的7段显示模块

module HXE8(Clk,Rst_n,En,disp_data,sel,seg);
input Clk; //50M
input Rst_n;
input En; //鏁扮爜绠℃樉绀轰娇鑳斤紝1浣胯兘锛?鍏抽棴
input [31:0]disp_data;
output [7:0] sel;//鏁扮爜绠′綅閫夛紙閫夋嫨褰撳墠瑕佹樉绀虹殑鏁扮爜绠★級
output reg [6:0] seg;//鏁扮爜绠℃閫夛紙褰撳墠瑕佹樉绀虹殑鍐呭锛?
reg [14:0]divider_cnt;//25000-1
reg clk_1K;
reg [7:0]sel_r;
reg [3:0]data_tmp;//鏁版嵁缂撳瓨
// 鍒嗛璁℃暟鍣ㄨ鏁版ā鍧?
always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)
divider_cnt <= 15'd0;
else if(！En)
divider_cnt <= 15'd0;
else if(divider_cnt == 24999)
divider_cnt <= 15'd0;
else
divider_cnt <= divider_cnt + 1'b1;
//1K鎵弿鏃堕挓鐢熸垚妯″潡
always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)
clk_1K <= 1'b0;
else if(divider_cnt == 24999)
clk_1K <= ~clk_1K;
else
clk_1K <= clk_1K;
//8浣嶅惊鐜Щ浣嶅瘎瀛樺櫒
always@(posedge clk_1K or negedge Rst_n)
if(！Rst_n)
sel_r <= 8'b0000_0001;
else if(sel_r == 8'b1000_0000)
sel_r <= 8'b0000_0001;
else
sel_r <= sel_r << 1;
always@(*)
case(sel_r)
8'b0000_0001:data_tmp = disp_data[3:0];
8'b0000_0010:data_tmp = disp_data[7:4];
8'b0000_0100:data_tmp = disp_data[11:8];
8'b0000_1000:data_tmp = disp_data[15:12];
8'b0001_0000:data_tmp = disp_data[19:16];
8'b0010_0000:data_tmp = disp_data[23:20];
8'b0100_0000:data_tmp = disp_data[27:24];
8'b1000_0000:data_tmp = disp_data[31:28];
default:data_tmp = 4'b0000;
endcase
always@(*)
case(data_tmp)
4'h0:seg = 7'b1000000;
4'h1:seg = 7'b1111001;
4'h2:seg = 7'b0100100;
4'h3:seg = 7'b0110000;
4'h4:seg = 7'b0011001;
4'h5:seg = 7'b0010010;
4'h6:seg = 7'b0000010;
4'h7:seg = 7'b1111000;
4'h8:seg = 7'b0000000;
4'h9:seg = 7'b0010000;
4'ha:seg = 7'b0001000;
4'hb:seg = 7'b0000011;
4'hc:seg = 7'b1000110;
4'hd:seg = 7'b0100001;
4'he:seg = 7'b0000110;
4'hf:seg = 7'b0001110;
endcase
assign sel = (En)?sel_r:8'b0000_0000;
endmodule

复制代码

这个是我写的控制模块

module ctrl(
clk,
rst_n,
key_start_flag,
key_pause_flag,
disp_data
);
input clk;
input rst_n;
input key_start_flag;
input key_pause_flag;
output[31:0] disp_data;
reg pause;//0计数，1停止
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
pause <= 1'b1;
end
else begin
if( key_start_flag ) pause <= 1'b0;
else if( key_pause_flag ) pause <= 1'b1;
else ;
end
end
reg[31:0] cnt;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
cnt <= 0;
end
else begin
if( ~pause ) cnt <= cnt + 1'd1;
else ;
end
end
assign disp_data = cnt;
endmodule

复制代码

节下来是testbench

`timescale 1 ns/1 ns
module key_hex8_tb();
//时钟和复位
reg clk ;
reg rst_n;
//uut的输入信号
reg key_start;
reg key_pause;
//uut的输出信号
wire [7:0] sel;
wire [6:0] seg;
//时钟周期，单位为ns，可在此修改时钟周期。
parameter CYCLE = 20;
//复位时间，此时表示复位3个时钟周期的时间。
parameter RST_TIME = 3 ;
//待测试的模块例化
key_hex8 my_key_hex8(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.key_start(key_start),
.key_pause(key_pause),
.sel(sel),
.seg(seg)
);
//生成本地时钟50M
initial begin
clk = 0;
forever
#(CYCLE/2)
clk=~clk;
end
//产生复位信号
initial begin
rst_n = 1;
#2;
rst_n = 0;
#(CYCLE*RST_TIME);
rst_n = 1;
end
reg[9:0] my_rand;
//输入信号赋值
initial begin
#1;
//赋初值
key_start = 1;
key_pause = 1;
#(10*CYCLE);
//开始赋值
repeat(5) begin
key_start_jetter;
my_rand = {$random}%1024;
#(my_rand*CYCLE);
key_pause_jetter;
end
$stop;
end
task key_start_jetter;
begin
repeat(50) begin
my_rand = {$random}%1024;
#(my_rand*CYCLE) key_start = ~key_start;
end
key_start = 0;
#(2_000_000*CYCLE);
repeat(50) begin
my_rand = {$random}%1024;
#(my_rand*CYCLE) key_start = ~key_start;
end
key_start = 1;
#(2_000_000*CYCLE);
end
endtask
task key_pause_jetter;
begin
repeat(50) begin
my_rand = {$random}%1024;
#(my_rand*CYCLE) key_pause = ~key_pause;
end
key_pause = 0;
#(2_000_000*CYCLE);
repeat(50) begin
my_rand = {$random}%1024;
#(my_rand*CYCLE) key_pause = ~key_pause;
end
key_pause = 1;
#(2_000_000*CYCLE);
end
endtask
endmodule

复制代码

最后从多个角度看波形结果：

1.总图

2.第一次按下开始计数

3.第一次按下暂停计数

4.第二次按下开始计数

顶，小梅哥，讲的不错，看了你的视频，很感谢

谢谢鼓励和支持

谢谢梅哥{:1:

支持！感觉小梅哥讲的视频把老师一学期讲的课给概括了！点赞！

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小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程

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小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程之高性能计数器IP核使用

好的学习方法，好的视频。

非常感谢！想学习一下

很好以后就用它来学习了

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小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程

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继续学习第十弹

小梅哥讲得不错哦。

顶，小梅哥，讲的不错

挺好的视频，看看啊

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跟着小梅哥学FPGA

学习ing。

支持支持~~~请继续加油

持续关注小梅哥的视频中。

小编好人，小编真棒真棒真棒真棒真棒真棒

接下来，大家请看视频教程，由于视

一直在看小梅哥的视频，很详细，从中能学到不少东西

这几天持续学习中

11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

顶，很感谢，很好的视频

谢谢分享，希望能学到更多知识

，不错期待后续视频

不错期待后续视频；请问小梅哥有没有usb，以太网这样的教程呢

谢谢~~~~~~~~~~~~~~

支持小梅哥的教程

看看了....

bucoo bucuo 学习虚席

谢谢分享，希望能学到更多知识

谢谢小梅哥的分享，连载视频给了我很大的帮助，我一定会学好FPGA的。

持续关注小梅哥的视频中。

我下了次序有点乱

讲的不错，继续下载

用这个练习不错，尤其是testbench写得佷威武

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