FPGA学习记录_流水灯实验
流水灯实验作为一个经典的入门实验,其地位堪比编程界的 “ Hello World ” 。对于许多同学来说,流水灯都是他们在硬件上观察到的第一个实验现象。流水灯是指多个LED灯按照一定的时间间隔,顺序点亮并熄灭,周而复始形成流水效果。本文我将记录我学习使用FPGA做流水灯实验的过程。
1 实验内容
本次实验的内容就是使开发板上的四个LED灯以0.5秒的间隔按顺序亮灭,循环往复从而产生流水的效果。
2 硬件电路设计
图2.1 LED指示灯电路
由图2.1可知,LED的阳极与3.3V电源相连,阴极通过一个1K的限流电阻与相应的FPGA的管脚相连,当FPGA管脚为低电平时,LED灯点亮,反之,则熄灭。
端口名称 | I/0 | 功能描述 | 对应管脚 |
Clk50M | input | 模块的工作时钟,频率为50M |
PIN_E1 |
Rst_n | input | 模块复位,低电平复位 | PIN_E16 |
led[0] | output | 低电平时LED亮 | PIN_A2 |
led[1] | output | 低电平时LED亮 | PIN_B3 |
led[2] | output | 低电平时LED亮 | PIN_A4 |
led[3] | output | 低电平时LED亮 |
PIN_A3 |
图2.2 流水灯实验管脚分配
3 程序设计
程序原理图如图3.1所示
图3.1 程序原理图
在上一次实验中我已成功实现了计数器计数,因此在本次实验中采用计数器累加计数来计时的方法来达到计时0.5秒的目的。 计时 达0.5s 后计数器清零并重新开始计数,这样就得到了固定的时间间隔,从而使LED灯以0.5s的间隔亮灭。
流水灯模块部分的代码如下:
module counter(Clk50M,Rst_n,led);
input Clk50M; //系统时钟
input Rst_n; //全局复位 低电平复位
output reg [3:0] led;//led 输出
reg [24:0]cnt;//定义25位寄存器
//计数器计数进程
always@(posedge Clk50M or negedge Rst_n)//最后一条执行完成后,再开始执行其中的第一条语句,如此往复循环,直到整个仿真结束,对一组反复执行的活动进行建模
if(Rst_n == 1'b0)
cnt <= 25'b0;
else if(cnt == 25'd24_999_999)
cnt <= 25'b0;
else
cnt <= cnt + 1'b1;
//LED输出控制进程 0.5s 翻转一次
always@(posedge Clk50M or negedge Rst_n) begin
if(Rst_n == 1'b0)
led <= 4'b0001;
else if(cnt == 25'd24_999_999)
led[3:0] <= {led[2:0] , led[3]} ;
else
led <= led;
end
endmodule
学习板上晶振为50MHz,也就是说时钟周期为 20ns,这样可以计算得出 500ms = 500_000_000ns/20,即需要计数器 计数 25_000_000 次,也就是需要一个至少 25 位的计数器( 位的计数器( 225>25_000_000>224 )。且每当计数次达到需要清零并重新计数。当计数器计满25_000_000 次时,将各个LED灯的状态右移一位,并将最高位移至最低位,循环往复。好了,至此一个流水灯程序已经编写完毕,接下来就是下载验证啦。
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