hc164_driver.v

VHDL语言写的IIC实现EEPROM

module hc164_driver(
    clk,
    rst_n,
    led,
    dot,
    seg_value,
    hc_cp,
    hc_si
    );

  // ---------------------------------------------------------------------------
  //
  //  input signals
  //  led[3:0] :       led3-led0 对应原理图中D5,D4,D3,D2四位LED灯，高电平有效。
  //  seg_value[15:0] :四位共阴极数码显示的数据，从高到低每4bit为数码管一位。
  //  dot[3:0] :       四位共阴极数码管显示的小数点位，从高到低
  //  hc_si :          本模块数据串行输出，hc164数据串行输入。
  //  hc_cp :          本模块输出，hc164时钟输入。
  //  
  // ---------------------------------------------------------------------------
  input           clk;
  input           rst_n;  
  input   [3 :0]  led; 
  input   [3 :0]  dot;       
  input   [15:0]  seg_value; 
  output  reg     hc_cp;                //HC164 Clock input active Rising edges
  output          hc_si;                //HC164 Data input

  reg     [5 :0]  tx_cnt;
 
  // ---------------------------------------------------------------------------
  //
  //  信号命名说明
  //  hc_data : 送到两个hc164中16bit的数据（每个hc164有8bit），hc164 data input
  //  hc_data_44bit: hc_data的第四个4BIT数据，
  //                 LED显示信号，对应原理图中HC_Q15,HC_Q14,HC_Q13,HC_Q12四位，
  //                 用来点亮D5,D4,D3,D2四位LED灯，高电平有效。
  //  hc_data_34bit: hc_data的第三个4bit数据，即hc_data[11:8];对应原理图中
  //                 HC_Q11,HC_Q10,HC_Q9,HC_Q8数码管位选信号，低电平有效。
  //  hc_data_31bit: hc_data的第三个1bit数据，即hc_data[2];对应原理图中HC_Q2，数
  //                 码管小数点位，高电平有效。 
  //  hc_data[7:0]: 包括hc_data_31bit，这8bit用来做为数码管段选信号，高电平有效
  //
  // ---------------------------------------------------------------------------
  reg   [6:0]   hex2led;        //hex-to-seven-segment decoder output 
  reg   [3:0]   hc_data_34bit;  
  reg           hc_data_31bit;    
  
  wire  [15:0]  hc_data = {led,
                          hc_data_34bit,
                          hex2led[6:2],
                          hc_data_31bit,
                          hex2led[1:0]
                          };
  // ---------------------------------------------------------------------------
  //
  //  之所以需要取反，是因为对hc_si赋值时从最低位开始,而原理图中设计希望从最高位
  //  开始发送数据。
  //
  // ---------------------------------------------------------------------------
  wire  [15:0]  hc_data_inv = {
                          hc_data[0],
                          hc_data[1],
                          hc_data[2],
                          hc_data[3],
                          hc_data[4],
                          hc_data[5],
                          hc_data[6],
                          hc_data[7],
                          hc_data[8],
                          hc_data[9],
                          hc_data[10],
                          hc_data[11],
                          hc_data[12],
                          hc_data[13],
                          hc_data[14],
                          hc_data[15]
                          };

  reg [15:0]  clk_cnt;
  always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
    if ( !rst_n ) clk_cnt <= 16'd0;
    else  clk_cnt <= clk_cnt + 1'b1;
      
  // ---------------------------------------------------------------------------
  // 
  //  数据管4位计数器，本计数器用来区分每位数值，位码，以及每位的小数点等三个
  //  信息，每一位数值将通过hex2led模块变换成数码管位码。
  //
  // ---------------------------------------------------------------------------
  reg [1:0] seg_led_num;
  always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
    if (!rst_n ) seg_led_num <= 2'b00;
    else if ( clk_cnt == 16'hFFFF ) seg_led_num <= seg_led_num + 1'b1;

  reg   [3:0] hex;
  always @ ( * )
    case ( seg_led_num )
      2'b00: hex = seg_value[15:12];
      2'b01: hex = seg_value[11:8];
      2'b10: hex = seg_value[7:4];
      2'b11: hex = seg_value[3:0];
    endcase 
  
  // ---------------------------------------------------------------------------
  // hex-to-seven-segment decoder
  //
  // segment encoding
  //      11
  //      ---  
  //  10 |   | 7
  //      ---   <- 5
  //  1  |   | 4
  //      --- .  3
  //       2 
  //  Q[6:0] = p11 p10 p7 p5 _ p4 p2 p1 
  // ---------------------------------------------------------------------------
  always @ ( * )
    begin
      case (hex)                        //数值 
	      4'h1  : hex2led = 7'b0010_100;	//1          
	      4'h2  : hex2led = 7'b1011_011;	//2   
	      4'h3  : hex2led = 7'b1011_110;	//3   
	      4'h4  : hex2led = 7'b0111_100;	//4   
	      4'h5  : hex2led = 7'b1101_110;	//5   
	      4'h6  : hex2led = 7'b1101_111;	//6   
	      4'h7  : hex2led = 7'b1010_100;	//7   
	      4'h8  : hex2led = 7'b1111_111;	//8   
	      4'h9  : hex2led = 7'b1111_100;	//9   
	      4'hA  : hex2led = 7'b1111_101;	//A   
	      4'hB  : hex2led = 7'b0101_111;	//b   
	      4'hC  : hex2led = 7'b1100_011;	//C   
	      4'hD  : hex2led = 7'b0011_111;	//d   
	      4'hE  : hex2led = 7'b1101_011;	//E   
	      4'hF  : hex2led = 7'b1101_001;	//F   
	    default : hex2led = 7'b1110_111;	//0   
    endcase
  end
 
  always @ ( * )
    case ( seg_led_num )
      2'b00:hc_data_34bit[3:0] = 4'b0111;
      2'b01:hc_data_34bit[3:0] = 4'b1011;
      2'b10:hc_data_34bit[3:0] = 4'b1101;
      2'b11:hc_data_34bit[3:0] = 4'b1110;
    endcase  

  always @ ( * )
    case ( seg_led_num )
      2'b00:hc_data_31bit = dot[3];
      2'b01:hc_data_31bit = dot[2];
      2'b10:hc_data_31bit = dot[1];
      2'b11:hc_data_31bit = dot[0];
    endcase  
  
  // ---------------------------------------------------------------------------
  // 
  // HC164 的 hc_si 以及hc_cp信号的产生，通过一个6位的计数器来控制.hc_si从信号
  // hc_data_inv的最低位开始发送，原理图中需要从最高位发送，因此在此之前需要对整
  // 个信号取反。
  //
  // ---------------------------------------------------------------------------  
  always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
    if (!rst_n ) tx_cnt <= 6'd0;
    else if ( clk_cnt[15] ) tx_cnt <= 6'd0;      
    else if ((!clk_cnt[15]) && (tx_cnt <= 6'd32 )) tx_cnt <= tx_cnt + 1'b1;

  always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
    if (!rst_n)  hc_cp <= 1'b0;
    else if ( clk_cnt[15] ) hc_cp <= 1'b0;
    else if ((!clk_cnt[15]) && (tx_cnt < 6'd32 )) hc_cp <= !hc_cp;

  assign  hc_si = hc_data_inv[tx_cnt[4:1]];
    
endmodule