实验2 简单组合电路设计 (1)1

实验2 "简单组合电路设计 (1)1" 是一个基于FPGA开发的实践项目，旨在帮助学生掌握Verilog语言在组合逻辑电路设计中的应用。实验的主要目标是设计一个静态7段数码管显示模块，该模块能够接收用户通过拨动开关（SW）输入的二进制数，并在指定的数码管上进行显示。同时，实验还要求了解和掌握FPGA开发流程，包括引脚约束文件的编写以及Nexys4开发板的使用。 我们要理解7段数码管的工作原理。7段数码管由7个独立的发光二极管段（A到G）和一个公共阴极或阳极（DP）组成，通过不同的组合亮灭可以显示出0到9的十进制数字。在实验中，我们有8个数码管（0-7号），可以通过片选信号（AN）来选择激活哪个数码管进行显示。 实验分为三个部分： 1. **直接驱动7段数码管（7-Seg_Driver_Direct）**： 这里使用了数据流描述的方式来设计模块。SW[7:0]控制7段数码管的各段，SW[15:8]用于选择要显示的数码管。模块的输出包括7段驱动信号（CA-CG,DP）和片选信号（AN），以及用于显示SW状态的LED。实验者需要熟悉Vivado开发环境，掌握如何用数据流描述设计模块，并编写引脚约束文件。 2. **译码驱动7段数码管（7-Seg_Driver_Decode）**： 这部分采用了行为描述，通过SW[3:0]输入的二进制数来决定显示的数字。使用了一个译码器来将输入的二进制数转换为7段数码管的驱动信号。SW[15:8]仍然用于选择数码管。这里涉及到了如何使用Verilog的case结构或if-else结构进行逻辑控制。 3. **译码选择7段数码管**： 这一步是结合前两部分，用行为描述设计一个译码选择模块，将译码显示模块和译码选择模块连接起来，实现更复杂的功能，例如根据SW[15:13]的选择显示特定数码管上的数字。 实验过程中，学生需要学习以下知识点： - Verilog语言的组合逻辑电路设计，包括数据流描述和行为描述。 - Vivado开发环境的使用，包括设计输入、综合、仿真和硬件编程。 - 引脚约束文件（UCF或XDC）的编写，用于映射硬件资源到Verilog模块的端口。 - Nexys4开发板的操作和基本I/O的理解，如查阅Nexys 4 DDR手册了解基本操作。 - 7段数码管的工作原理，包括直接驱动和译码驱动方法。 - 通过case或if-else结构实现逻辑控制，实现译码功能。 - 组合逻辑电路的设计和调试技巧。 完成这个实验后，学生不仅能够掌握FPGA设计的基础知识，还能对硬件描述语言有深入的理解，为后续的数字系统设计打下坚实基础。