实验六 加法计数器

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一、实验设计目标

（1）在FPGA中设计实现24进制加法计数器。

（3）通过此实验学习Anlogic_FPGA开发板上的数码管的使用方法。

二、实验设计思路

本实验设计实现一个24进制的加法计数器，它由晶体振荡器、分频器、计数器和数码管显示器组成，图6.1是该加法计数器的示意图。

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图6.1 24进制加法计数器示意图

晶体振荡器产生稳定的50MHz的脉冲信号CLK，经过分频器后输出标准秒脉冲CLK1，作为计数器的计数时钟。计数器按照“00-01-02…22-23-00-01”的规律计数，每增加1秒，计数器加1，信号Result[7:4]代表计数器输出结果的十位，

Result[3:0]代表个位，RSTn为复位输入信号。将计数器的结果Result输出给数码管显示。

三、功能模块图与输入输出引脚说明

该工程包含顶层模块counter24与底层模块Accumulator_module、Digitron_NumDisplay_module。其中，Accumulator_module实现分频器和计数器的功能，Digitron_NumDisplay_module实现数码管显示器的功能。图6.2是整个工程的模块功能图。下面介绍一下顶层模块各引脚的功能：

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图6.2 加法计数器模块功能图

（1）CLK：50MHz的时钟信号输入。将其分频后产生标准秒脉冲CLK1。

（2）RSTn：复位输入信号。低电平有效，复位后计数器输出Result变为00。

（3）DigitronCS_Out[3:0]，Digitron_Out[7:0]：数码管的输出，共有四位片选和八位段选总线。

四、程序设计

（1）图6.3是截取自底层模块Accumulator_module的部分代码：

​ 16-24：CLK1是CLK通过分频代码产生的标准秒脉冲，周期为1s。

28-29：RSTn为0时，系统复位，计数器输出Result[7:0] 变为“00”。

​ 31-42：这是一个24进制计数器，个位（Result[3:0]）满10后向十位进位，

整体按照“23”翻“00”规律计数。

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图6.3 Accumulator_module核心代码

（2）图6.4是截取自底层模块Digitron_NumDisplay的部分代码：

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11-40：分频和数码管位选程序，使用Count产生250KHz的扫描频率，每个扫描周期改变数码管位选W_DigitronCS_Out，这里数码管显示在低两位切换。

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45-48：参数型常量定义。定义了“_0_1_2…_9”这九个输送到数码管的常量的值。

52-55：当数码管位选变化时，将该位上需要显示的值赋给SinleNum；

57-68：根据SingleNum的值，选择要显示的数字对应的LED段码赋给W_Digitron_Out;

五、FPGA管脚配置

下面是本例中Anlogic FPGA的引脚分配。

set_pin_assignment { CLK } { LOCATION = R7; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DigitronCS_Out[0] } { LOCATION = C9; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DigitronCS_Out[1] } { LOCATION = B6; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DigitronCS_Out[2] } { LOCATION = A5; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DigitronCS_Out[3] } { LOCATION = A3; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[0] } { LOCATION = A4; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[1] } { LOCATION = A6; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[2] } { LOCATION = B8; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[3] } { LOCATION = E8; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[4] } { LOCATION = A7; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[5] } { LOCATION = B5; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[6] } { LOCATION = A8; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { Digitron_Out[7] } { LOCATION = C8; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { RSTn } { LOCATION = A9; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

六、实验结果

当SW0拨至“UP”时的实验现象，数码管从00到23循环计数。当SW0拨至“DOWN”时，将显示“00”。

七、思考与拓展

（1）本实验初次使用数码管验证实验输出，认真阅读代码，理解数码管的驱动原理，这将在后面的实验中频繁出现。