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4位閃爍燈一、項目背景 LED燈的理論、教學(xué)板的原理圖，已經(jīng)在案例1位閃爍燈中有詳細的描述，在此不再講述，有興趣的讀者可以返回去閱讀。 二、設計目標本工程使用4個(gè)LED燈---LED1~LED4，實(shí)現一個(gè)呼吸燈的功能。這4個(gè)燈具體的變化情況為： 第1個(gè)燈隔1秒后，亮1秒；然后第2個(gè)燈隔1秒后，亮2秒；然后第3個(gè)燈隔1秒后，亮3秒，最后第4個(gè)燈隔1秒，亮4秒。如此循環(huán)往復。 下面是波形圖： 上板效果圖如下圖所示。 上板的演示視頻，請登陸網(wǎng)址查看：www.mdy-edu.com/xxxx。 三、模塊設計我們先分析一下板子上的LED燈。每個(gè)LED燈都有一個(gè)信號來(lái)控制，該信號為0，則燈亮，如果該信號為1，則燈來(lái)�，F在我們要控制4個(gè)LED燈亮滅，那就需要4個(gè)信號，假設分別為led0、led1、led2和led3。這4個(gè)信號分別連接到4個(gè)led燈上。如果要讓LED0燈0亮，LED1~3燈來(lái)，那FPGA就讓led0信號為0，led1~3信號都為1。 綜上所述，我們這個(gè)工程需要6個(gè)信號：時(shí)鐘clk，復位rst_n、led0、led1、led2和led3。 我們再分析一下功能需求，第1個(gè)燈隔1秒后，亮1秒；然后第2個(gè)燈隔1秒后，亮2秒；然后第3個(gè)燈隔1秒后，亮3秒，最后第4個(gè)燈隔1秒，亮4秒。如此循環(huán)往復。 上面的功能需求，也可以翻譯成：對于LED0，復位后，先滅1秒，亮1秒，然后再滅12秒，循環(huán)往復；對于LED1，復位后，先滅3秒，亮2秒，然后再滅9秒，循環(huán)往復；對于LED2，復位后，先滅6秒，亮3秒，然后再滅5秒，循環(huán)往復；對于LED3，先滅10秒，亮4秒，循環(huán)往復。 再將其翻譯成信號來(lái)理解： 復位后，讓信號led0=1并持續1秒，然后讓led0=0并持續1秒，然后讓led0=1持續12秒。循環(huán)往復。 復位后，讓信號led1=1并持續3秒，然后讓led1=0并持續2秒，然后讓led1=1持續9秒。循環(huán)往復。 復位后，讓信號led2=1并持續6秒，然后讓led2=0并持續3秒，然后讓led2=1持續5秒。循環(huán)往復。 復位后，讓信號led3=1并持續10秒，然后讓led3=0并持續4秒。循環(huán)往復。 再將其翻譯成波形如下圖所示。 由圖中可看到，信號led0~led3的變化單位最小是1秒，同時(shí)4個(gè)信號都是經(jīng)過(guò)14秒后就循環(huán)一次。由至簡(jiǎn)設計法的思想，很容易就得出我們需要2個(gè)計數器，1個(gè)計數器用來(lái)計算1秒時(shí)間，另1個(gè)計數器用來(lái)計算14秒。有了這兩個(gè)計數器，led0~led3的變化時(shí)間就有了標準。 我們用1個(gè)計數器用來(lái)計算1秒時(shí)間，該計數器名稱(chēng)為cnt0。本工程的工作時(shí)鐘是50MHz，即周期為20ns，計數器計數到1_000_000_000/20=50_000_000個(gè)，我們就能知道1秒時(shí)間到了。該計數器是不停地計數，永遠不停止的，可以認為加1條件一直有效，可寫(xiě)成：assignadd_cnt==1。綜上所述，該計數器的代碼如下。 我們再用1個(gè)計數器用來(lái)表示14秒，名稱(chēng)為cnt1。該計數器表示次數，自然是每隔1秒就加1，那就是end_cnt0。該計數器一共要數14次。所以代碼為： 有了兩個(gè)計數器，我們來(lái)思考輸出信號led0的變化。概括起來(lái)，led0有兩種變化點(diǎn)：變0和變1。變0的原因都是計數到1秒時(shí)間，也就是add_cnt1 &&cnt1==1-1時(shí)，led0變0。變1的原因，則是數到2秒時(shí)間時(shí)，即add_cnt1 &&cnt1==2-1時(shí)，led0變1。所以led0信號的代碼如下： 接下來(lái)我們思考輸出信號led1的變化。概括起來(lái)，led1有兩種變化點(diǎn)：變0和變1。變0的原因都是計數到3秒時(shí)間，也就是add_cnt1 &&cnt1==3-1時(shí)，led1變0。變1的原因，則是數到5秒時(shí)間時(shí)，即add_cnt1 &&cnt1==5-1時(shí)，led1變1。所以led1信號的代碼如下： 接下來(lái)我們思考輸出信號led2的變化。概括起來(lái)，led2有兩種變化點(diǎn)：變0和變1。變0的原因都是計數到6秒時(shí)間，也就是add_cnt1 &&cnt1==6-1時(shí)，led2變0。變1的原因，則是數到9秒時(shí)間時(shí)，即add_cnt1 &&cnt1==9-1時(shí)，led2變1。所以led2信號的代碼如下： 接下來(lái)我們思考輸出信號led3的變化。概括起來(lái)，led3有兩種變化點(diǎn)：變0和變1。變0的原因都是計數到10秒時(shí)間，也就是add_cnt1 &&cnt1==10-1時(shí)，led3變0。變1的原因，則是數到14秒時(shí)間時(shí)，即add_cnt1 &&cnt1==14-1，也就是end_cnt1時(shí)，led3變1。所以led3信號的代碼如下： 此次，主體程序已經(jīng)完成。接下來(lái)是將module補充完整。 將module的名稱(chēng)定義為huxiled。并且我們已經(jīng)知道該模塊有六個(gè)信號：clk、rst_n、led0、led1、led2、led3。為此，代碼如下： 其中clk、rst_n是輸入信號，led0、led1、led2、led3是輸出信號，并且六個(gè)信號都是1比特的，根據這些信息，我們補充輸入輸出端口定義。代碼如下： 接下來(lái)定義信號類(lèi)型。 cnt0是用always產(chǎn)生的信號，因此類(lèi)型為reg。cnt0計數的最大值為500_000_000，需要用29根線(xiàn)表示，即位寬是29位。因此代碼如下： add_cnt0和end_cnt0都是用assign方式設計的，因此類(lèi)型為wire。并且其值是0或者1，1個(gè)線(xiàn)表示即可。因此代碼如下： cnt1是用always產(chǎn)生的信號，因此類(lèi)型為reg。cnt1計數的最大值為8，需要用4根線(xiàn)表示，即位寬是4位。因此代碼如下： add_cnt1和end_cnt1都是用assign方式設計的，因此類(lèi)型為wire。并且其值是0或者1，1根線(xiàn)表示即可。因此代碼如下： led0、led1、led2、led3是用always方式設計的，因此類(lèi)型為reg。并且其值是0或者1，1根線(xiàn)表示即可。因此代碼如下： 至此，整個(gè)代碼的設計工作已經(jīng)完成。下一步是新建工程和上板查看現象。 四、綜合工程和上板新建工程首先在d盤(pán)中創(chuàng )建名為“huxiled”的工程文件夾，將寫(xiě)的代碼命名為“huxiled.v”,頂層模塊名為“huxiled”。 然后打開(kāi)Quartus Ⅱ，點(diǎn)擊File下拉列表中的New Project Wzard...新建工程選項。 3.再出現的界面中直接點(diǎn)擊Next。 4.之后出現的是工程文件夾、工程名、頂層模塊名設置界面。按照之前的命名進(jìn)行填寫(xiě)，然后點(diǎn)擊Next。 5.之后是文件添加界面。點(diǎn)擊紅色箭頭處，添加之前寫(xiě)的“huxiled.v”文件，點(diǎn)擊右側的“Add”按鈕，之后文件還會(huì )出現在黑色箭頭處，點(diǎn)擊，之后點(diǎn)擊“Next”。 器件型號選擇界面。在上方紅色箭頭處選擇CycloneⅣE，在中間紅色箭頭處選擇EP4CE6F17C8，然后點(diǎn)擊“Next”。 EDA工具界面。直接點(diǎn)擊“Next”。 8.之后出現的界面，點(diǎn)擊“Finish”。 1.新建工程步驟完成后，就會(huì )出現以下界面。選中要編譯的文件，點(diǎn)擊編譯按鈕。 2.編譯成功后會(huì )出現一下界面，點(diǎn)擊“OK”。 1.點(diǎn)擊箭頭所指的管腳配置按鈕。 2.下圖是我們要用的原理圖，其中箭頭所指就是我們要配置的六個(gè)管腳，分別是clk、rst、led0、led1、led2、led3。 3.在下圖箭頭處雙擊填上對應的管腳號，回車(chē)即可。 管腳配置完成后，在進(jìn)行一次編譯。 連接開(kāi)發(fā)板圖中，下載器接入電腦USB接口，電源接入電源，然后摁下下方藍色開(kāi)關(guān)。 1.雙擊箭頭所指位置。 2.會(huì )出現如下界面，點(diǎn)擊“Start”，會(huì )在“Progress”出顯示進(jìn)度。 3.進(jìn)度條中提示成功后，即可在開(kāi)發(fā)板上觀(guān)察到相應的現象。 |
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