FPGA开发——LED流水灯实现先从左往右流水，再从右往左流水

一、概述

我们在设计完一个方向的流水灯的设计时，总是会想实现让流水灯倒着流水回去的设计，这里我也是一样，实现这种设计的方法有很多种，其中就有直接使用case语句将所有可能包含进去编写，这种设计方法是最简单的，还有就是使用多个计数器的方式进行标志判断，实现方向流水的切换，以及我们最常用的状态机方法的实现。因为这里的设计不太难，所以我就讲解前面两种实现方式，至于最后一种方法感兴趣的可以去实现一下。

二、实现思路

1、方法一

这个方法就是不考虑其他条件，直接从第一个LED状态开始编写，一直编写到所有的LED状态编写完（这里以四个LED为例）

2、方法二

这个方法的实现思路就是在第一个计数器（LED流水间隔时间计数器）计数的基础上叠加一个计数器统计不同方向流水完成，使用次计数器编写状态标志位。从而利用标志位实现不同方向流水。

三、测试文件的编写

1、方法一

//模块定义
module  led(
    input rst_n,
    input clk,
    output reg [3:0]  led_out
);
 
 
//参数定义
parameter TIME_500ms= 25_000_000;
//内部信号定义
reg [24:0]  cnt;//计数500ms所需要的二进制位数
wire        add_cnt;//计数器开启条件
wire        end_cnt;//计数器结束条件
reg  [3:0]  state_n;
 
//计数器实现功能,0.5秒技术
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt<=0;
    end
    else if(add_cnt)begin
        if(end_cnt)
            cnt<=0;
        else
            cnt<=cnt+1;
    end
    else
        cnt<=0; 
end
assign add_cnt=1'b1;
assign end_cnt=add_cnt && cnt ==(TIME_500ms-1);
 
//LED从左往右，在从右往左流水
 always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)
        led_out<=4'b0001;
    else case(state_n)
        3'd0:led_out<=4'b0001;
        3'd1:led_out<=4'b0010;
        3'd2:led_out<=4'b0100;
        3'd3:led_out<=4'b1000;
        3'd4:led_out<=4'b0100;
        3'd5:led_out<=4'b0010;
        3'd6:led_out<=4'b0001;
        default:led_out<=4'b0001;
    endcase
end  
 
 always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)
        state_n <=0;
    else if(state_n==3'd6 && end_cnt)
        state_n<=0;
    else if(state_n<3'd6 && end_cnt)
        state_n<=state_n+1;
end 
endmodule

2、方法二

//模块定义
module  led(
    input rst_n,
    input clk,
    output reg [3:0]  led_out
);
 
 
//参数定义
parameter TIME_500ms= 25_000_000;
//内部信号定义
reg [24:0]  cnt;//计数500ms所需要的二进制位数
wire        add_cnt;//计数器开启条件
wire        end_cnt;//计数器结束条件
reg  [3:0]  state_n;
reg  [1:0]  cnt_state;
wire        add_cnt_state;//计数器开启条件
wire        end_cnt_state;//计数器结束条件
 
reg         cnt_flag;
//计数器实现功能,0.5秒技术
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt<=0;
    end
    else if(add_cnt)begin
        if(end_cnt)
            cnt<=0;
        else
            cnt<=cnt+1;
    end
    else
        cnt<=0; 
end
assign add_cnt=1'b1;
assign end_cnt=add_cnt && cnt ==(TIME_500ms-1);
 
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt_state<=0;
    end
    else if(add_cnt_state)begin
        if(end_cnt_state)
            cnt_state<=0;
        else
            cnt_state<=cnt_state+1;
    end
end
assign add_cnt_state=end_cnt;
assign end_cnt_state=add_cnt_state && (cnt_state ==3);
 
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt_flag<=0;
    end
    else if(end_cnt_state)begin
        cnt_flag<=~cnt_flag;
    end
    else
        cnt_flag<=cnt_flag;
end
 
//功能编写
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)
        led_out<=4'b0001;
    else if(cnt_flag==1'b0 && end_cnt)begin
        led_out<={led_out[2:0],led_out[3]};//循环以为实现轮流闪烁
    end 
    else if(cnt_flag==1'b1 && end_cnt)begin
        led_out<={led_out[0],led_out[3:1]};//循环以为实现轮流闪烁
    end 
    else
        led_out<=led_out;
end 
endmodule

四、测试文件的编写

这里我们要放着的条件都是一样的，所以只要使用同一个测试文件就可以

//定义时间尺度
`timescale 1ns/1ps
module led_tb();
 
//重定义
defparam  led_inst.TIME_500ms = 25;
//内部变量定义
reg clk;
reg rst_n;
wire [3:0] led_out;
 
//模块实例化
led led_inst(
    /*input              */ .rst_n    (rst_n     ),
    /*input            */ .clk      (clk       ),
    /*output reg [3:0] */ .led_out  (led_out   )
);
 
//时钟
parameter CLK_CLY =20;
initial clk=0;
always  #(CLK_CLY/2) clk=~clk;
 
//复位
initial begin
    rst_n =1'b0;
    #(CLK_CLY*2);
    #3;
    rst_n =1'b1;
end 
//激励
 
endmodule

五、仿真波形图

从波形图中我们可以看到LED灯首先会从0001——1000进行流水，然后又会从1000——0001进行反方向流水，与我们设计的要求一致，设计简单，所以就不进行下板验证了。