FPGA拨码开关控制流水灯（VHDL）_vhdl开关控制led灯程序

一、实验目的

1.根据FPGA 开发板资源设计拨码开关控制流水灯实验；

2.利用VHDL 语言自行设计拨码开关控制流水灯程序；

3.在FPGA 开发板上验证。

二、实验原理

FPGA 芯片外部输入的固定晶振时钟信号为40MHz，先进行降频，得到适合的同步时钟，完成拨码开关控制激励流水灯的流向。该功能模块，有5 个输入：时钟信号，复位信号，3 个拨码开关，3 个输出：3 个LED，功能框图为：

模块功能要求：

（1） Reset=0 时复位，Reset=1 时解除复位；

（2） 当拨码开关=111 时，流水灯从左到右跑2 遍后，自动改为从右到左跑1 遍，然后重复；

（3） 当拨码开关=000 时，流水灯从右到左跑2 遍后，自动改为从左到右跑1 遍，然后重复；

（4）在FPGA 实验板上验证时，人眼必须能观察到流水灯运行结果。

三、实验内容和步骤

1、自行安装 EDA 软件；

2、用 VHDL 语言自行编程设计时钟降频逻辑 ，拨码开关控制流水灯逻辑；

3、在 EDA 环境中实现语言综合、调试、下载验证。

四、实验仿真

1. 硬件平台

FPGA 硬件管脚信息： 

40MHz  Clock 为   PIN_16

Reset 为   PIN_17

拨码开关为 PIN_27  PIN_28  PIN_31

LED 灯为  PIN_10  PIN_11  PIN_26

在FPGA 开发板上LED 位置，Reset 按键位置

----实验方法1，使用分频+case赋值

1.	Library ieee;
2.	use ieee.std_logic_1164.all;
3.	 
4.	entity led_button is
5.	port( clk:in std_logic;
6.	--		f_out:buffer std_logic;
7.			rst:in std_logic;
8.			button : in std_logic_vector(2 downto 0);
9.		   led:buffer bit_vector(2 downto 0)
10.		  );
11.	end led_button;
12.	architecture behave of led_button is
13.	signal cnt1:integer range 0 to 11 ;
14.	signal cnt2: integer range 0 to 11;
15.	signal q: integer range 0 to 40000000;
16.	signal f_out: std_logic ;
17.	begin
18.	 
19.		P1:process(clk,rst)
20.			variable ans: std_logic ;
21.			begin
22.			if rst =''0''then
23.				ans:=''0'';
24.				q<=0;
25.			elsif(clk''event and clk=''1'') then
26.					if q<=20000000 then   ----周期
27.						q<=q+1;
28.						if q <= 10000000 then  ----设置成可调占空比
29.							ans := ''0'';
30.						else 
31.							ans :=''1'';
32.						end if;
33.					else
34.						q<=0;
35.					end if;
36.			end if;
37.			f_out <=ans;
38.			end process P1;		
39.	 
40.		P3:process(f_out,rst,button)
41.			begin
42.			if (rst = ''0'') then
43.				cnt2 <= 0;
44.				cnt1 <= 0;
45.				led <= "000";
46.			else 
47.				if (button="111") then
48.					cnt2 <= 0;-------拨码开关111生效 就复位拨码开关000状态
49.					if (f_out''event and f_out=''1'') then 
50.						cnt1<=cnt1+1;
51.						if cnt1>=12 then
52.							cnt1<=0;
53.						end if;
54.					end if;
55.			
56.					 case cnt1 is
57.						when 0=>led<="000";
58.						when 1=>led<="100";
59.						when 2=>led<="010";
60.						when 3=>led<="001";
61.						when 4=>led<="000";
62.						when 5=>led<="100";
63.						when 6=>led<="010";
64.						when 7=>led<="001";
65.						when 8=>led<="000";
66.						when 9=>led<="001";
67.						when 10=>led<="010";
68.						when 11=>led<="100";
69.						end case;
70.				elsif(button="000") then
71.					cnt1 <= 0;-------拨码开关000生效 就复位拨码开关111状态
72.					if f_out''event and f_out=''1'' then 
73.						cnt2<=cnt2+1;
74.						
75.						if cnt1>=12 then
76.							cnt1<=0;
77.						end if;
78.					end if;
79.					case cnt2 is
80.						when 0=>led<="000";
81.						when 1=>led<="001";
82.						when 2=>led<="010";
83.						when 3=>led<="100";
84.						when 4=>led<="000";
85.						when 5=>led<="001";
86.						when 6=>led<="010";
87.						when 7=>led<="100";
88.						when 8=>led<="000";
89.						when 9=>led<="100";
90.						when 10=>led<="010";
91.						when 11=>led<="001";
92.						end case;
93.				else
94.					cnt1 <= 0;
95.					cnt2 <= 0;
96.					led<="000";
97.				end if;
98.			end if;
99.			
100.		end process P3;
101.		
102.	end behave;

实验仿真：Verification/Debugging files——university program VWF。

1.File->new->university program VWF->OK打开仿真页面

2.edit->insert->insert node or bus或者直接双击左边空白地方弹出insert node or bus对话框。

3.node finder->list-> >> ->OK->OK

分频系数设置小一点，结果表现符合预期。

————————————————分割线————————————————————————

----实验方法2，使用分频+状态机+移位实现（尝试—没实现）（没FPGA用啦、仿真结果不太对劲）

1.	Library ieee;
2.	use ieee.std_logic_1164.all;
3.	entity led_button is
4.	port( clk:in std_logic;
5.			rst:in std_logic;
6.			button : in std_logic_vector(2 downto 0);
7.		   led:buffer bit_vector(3 downto 0));
8.	end led_button;
9.	architecture behave of led_button is
10.	type st is (s0,s1);---状态机的定义，2个循环状态
11.	signal state: st; 
12.	signal cnt:integer range 0 to 11 ;
13.	signal q: integer range 0 to 40000000;
14.	signal f_out: std_logic ;
15.	begin
16.		P1:process(clk,rst)
17.			variable ans: std_logic ;
18.			begin
19.			if rst =''0''then
20.				ans:=''0'';
21.				q<=0;
22.			elsif(clk''event and clk=''1'') then
23.					if q<=20000000 then   ----周期
24.						q<=q+1;
25.						if q <= 10000000 then  ----设置成可调占空比
26.							ans := ''0'';
27.						else 
28.							ans :=''1'';
29.						end if;
30.					else
31.						q<=0;
32.					end if;
33.			end if;
34.			f_out <=ans;
35.			end process P1;		
36.		P3:process(f_out,rst,button)
37.			begin
38.			if (rst = ''0'') then
39.				cnt <= 0;
40.				led <= "1000";
41.			else
42.				if (f_out''event and f_out=''1'') then 
43.					if (button="111") then
44.						case state is
45.							when s0 => led <= led ror 1;--循环移位，依次点亮
46.								if cnt<=8 then 
47.									cnt<=cnt+1;      --移两遍
48.								else
49.									state<=s1;        --进入下一个状态
50.									cnt<=0;           --计数器复位
51.								end if;
52.							when s1 => led <= led rol 1; 
53.								if cnt<=3 then 
54.									cnt<=cnt+1;       --仅仅移一遍
55.								else
56.									state<=s0;        --进入下一个状态
57.									cnt<=0;           --计数器复位
58.								end if;
59.							end case;
60.					elsif(button="000") then
61.						case state is
62.							when s0 => led <= led rol 1;--移位
63.								if cnt<=8 then 
64.									cnt<=cnt+1;       
65.								else
66.									state<=s1;        --进入下一个状态
67.									cnt<=0;           --计数器复位
68.								end if;
69.							when s1 => led <= led ror 1;
70.								if cnt<=3 then 
71.									cnt<=cnt+1;
72.								else
73.									state<=s0;        --进入下一个状态
74.									cnt<=0;           --计数器复位
75.								end if;
76.							end case;
77.						
78.					else
79.						led<="1000";
80.					end if;
81.				end if;
82.			end if;
83.		end process P3;
84.	end behave;