Проект FPGA для платы Марсоход2bis и платы расширения с 7-ми сегментным индикатором

Сделали новую плату расширения для наших плат. Шилд дает новые возможности отображения информации для плат Марсоход2 / Марсоход2bis и плат Марсоход3 / Марсоход3bis. Он позволяет отображать 4 символа на семисегментном индикаторе с динамическим управлением. Так же добавляются четыре пользовательских кнопочки.

Дальше есть небольшое описание FPGA проекта, который демонстрирует работу этой платы расширения.

Проет не сложный. Его можно взять или посмотреть на github: https://github.com/marsohod4you/marsohod2bis/tree/master/segments_4x7

Я подготовил два варианта модуля семисегментного индикатора. Первый модуль seg4x7 позволяет просто отображать 4 шестнадцатиричные цифры: 0123456789ABCDEF..

Второй модуль чуть хитрее, он должен отображать 4 буквенных символа английского алфавита из ASCII таблицы. Конечно, далеко не все символы можно отображать, но большинство символов вполне узнаваемы. Идею я подсмотрел вот здесь: https://www.partsnotincluded.com/electronics/segmented-led-display-ascii-library/

Я реализовал только некоторые буквы из вот этой таблицы, да и то, некоторые сделал немного по другому, а некоторые не делал вообще. Мною не реализованы буквы K, M, V, X... Вместо этих букв будет показываться знак "-".

Модуль на Verilog HDL будет выглядеть вот так:

module seg4x7_ascii(
  input wire clk, // 100MHZ
  input wire [31:0] in,
  output reg [3:0] digit_sel,
  output reg [7:0] out
);

reg [19:0] cnt;

always @ (posedge clk)
  cnt <= cnt +1'b1;

wire [1:0]digit_idx; assign digit_idx = cnt[19:18];
always @ (posedge clk)
  digit_sel <= 4'b0001 << digit_idx;

wire [7:0]a;
assign a = digit_sel[0] ? in[7:0] :
           digit_sel[1] ? in[15:8] :
           digit_sel[2] ? in[23:16]: in[31:24];

//bit number..
// +--6--+
// |     |
// 5     7
// |     |
// +--3--+
// |     |
// 0     4
// |     |
// +--2--+ (1)

always @ (posedge clk)
  case(a)
    // bAfCgD.e
    8'h20:out <= 8'b11111111;//space
    8'h2E:out <= 8'b11111101;//.
    8'h30:out <= 8'b00001010;//0
    8'h31:out <= 8'b01101111;//1
    8'h32:out <= 8'b00110010;//2
    8'h33:out <= 8'b00100011;//3
    8'h34:out <= 8'b01000111;//4
    8'h35:out <= 8'b10000011;//5
    8'h36:out <= 8'b10000010;//6
    8'h37:out <= 8'b00101111;//7
    8'h38:out <= 8'b00000010;//8
    8'h39:out <= 8'b00000011;//9

    8'h41:out <= 8'b00000110;//A
    8'h42:out <= 8'b11000010;//B
    8'h43:out <= 8'b10011010;//C
    8'h44:out <= 8'b01100010;//D
    8'h45:out <= 8'b10010010;//E
    8'h46:out <= 8'b10010110;//F
    8'h47:out <= 8'b10001010;//G
    8'h48:out <= 8'b01000110;//H

    8'h49:out <= 8'b11011110;//I
    8'h4A:out <= 8'b01101011;//J
    8'h4B:out <= 8'b11110111;//K -
    8'h4C:out <= 8'b11011010;//L
    8'h4D:out <= 8'b11110111;//M -
    8'h4E:out <= 8'b11100110;//N
    8'h4F:out <= 8'b11100010;//O
    8'h50:out <= 8'b00010110;//P
    8'h51:out <= 8'b00000111;//Q
    8'h52:out <= 8'b11110110;//R
    8'h53:out <= 8'b10000011;//S
    8'h54:out <= 8'b11010010;//T
    8'h55:out <= 8'b11101010;//U
    8'h56:out <= 8'b11110111;//V
    8'h57:out <= 8'b01011011;//W
    8'h58:out <= 8'b11110111;//X
    8'h59:out <= 8'b01000011;//Y
    8'h5A:out <= 8'b10110011;//Z
  default:
    out <= 8'b11110111; // -
  endcase

endmodule

В модуле реализована динамическая индикация, то есть в каждый момент времени отображается только один символ. Это позволяет сократить число управляющих выводов на индикатор. С динамической индикацией требуется всего 8+4=12 выводов. С прямым управлением каждым светодиодом в отдельности потребовалось бы 4*8 = 32 вывода. Порядковый номер отображаемого сейчас символа хранится в регистре [1:0]digit_idx. Позиционный код для отображаемого символа в регистре [3:0]digit_sel. Текущий отображаемый символ [7:0]a, а вот соответствующие ему биты на светодиоды индикатора - это [7:0]out. Хоть сегментов и семь и называется индикатор семисегментом, на самом деле есть еще восьмой светодиод на точку после каждого символа.

В топ модуль тестового проекта вставлено два модуля семисегментного индикатора: для шестнадцатеричных чисел и для ASCII.

При запуске проекта в FPGA на дисплейчике отображается значение счетчика. По нажатию основной кнопки на плате Марсоход2 счет приостанавливается.

Если нажать первую кнопку из дополнительных, то на дисплее покажется "1111". Если нажать вторую кнопку из дополнительных, то покажется "2222". А вот если нажать третью кнопку, то будут показываться все буквы английского алфавита по очереди.

По нажатию 4й кнопки будет показана фраза "..HELLo WorLd..." - примерно так она будет выглядеть на дисплее.

На этом видео надеюсь все видно хорошо.

Плату расширения с семисегментными индикаторами можно приобрести в интернет магазине.