【紫光同创国产FPGA教程】【PGC1/2KG第一章】控制LED灯实验例程_pgc1kg_lpg144和100

盘古1/2K  开发板是一套基于紫光 FPGA 的开发套件，以紫光 Compa 系列PGC1KG-LPG100 / PGC2KG-LPG100 器件为核心，预留丰富的扩展 IO 及数码管、按键、LED 灯，为用户提供基本的硬件环境。

二：实验目的

实现对多LED灯的控制;

三：实验要求

控制8个LED以1s的周期闪烁（0.5s亮，0.5s灭）

四：实验原理

通常的时，分，秒的计时进位大家应该不陌生；

1小时=60分钟=3600秒，当时针转动1小时，秒针跳动3600次；‘

 那在数字电路中的时钟信号也是有固定的节奏的，这种节奏的开始到结束的时间,我们通常称之为周期（T）。

 

 

五：实验分析

控制LED亮灭需要控制IO输出的高低电平即可(高电平点亮,低电平熄灭),原理图如下：

 控制LED周期性的维持0.5s亮,0.5s灭,需要控制IO输出0.5s高电平,0.5s低电平周期变化,如下图波形:

 

外部输入时钟为40MHz时钟周期为25ns（在verilog设计中的计数器的计时原理基本上是一致的，确认输入时钟周期，目标计时时间后可得到计数器的计数值到达多少后可得到计时宽度）;

        0.5s = 20000000*25ns = 20000000 × ;

IO输出状态只有两种：1或0；我们可以使用一个计数器，计数满20000000个时钟周期时将IO状态进行翻转，即可完成每0.5S输出状态跳转，即LED灯会以0.5S的间隔亮灭变化；

六：实验源码设计（完整源码查看demo源文件）

​​​​​​​文件头设计

在module之前添加文件头，文件头中包含信息有：公司，作者，时间，设计名，工程名，模块名，目标器件，EDA工具(版本)，模块描述，版本描述（修改描述）等信息；以及仿真时间单位定义；

`timescale 1ns / 1ps 表示仿真精度是1ns，显示精度是1ps；

`define UD #1  定义UD表示#1；#1仅仿真有效，表示延时一个仿真精度，结合上一条语句表示延时1ns；

​​​​​​​设计module

创建module，确定输入输出信号

号并定义好位宽，之后在对module进行具体的逻辑设计；管脚与管脚之间间隔用“,”,最后一个管脚不用间隔符号；

创建module时需要定义输入输出信号;本实验输入时钟和复位即可，输出是控制LED的亮灭，MES2KG板卡上共有8个LED，故而输出8bit位宽的信号； 

​​​​​​​设计一个计数器；

单个状态计数20000000，1个亮灭周期的计数即为40000000 = 26’h2625A00;所以计数器的位宽为26位即可，此处请结合数字电路中的同步计数器的工作原理分析；

 当计数器计数到26’d19999999时，计数周期包含了从0～26’d19999999的时钟周期，故而总时长时26‘d20000000 × ；硬件输入时钟为40MHz，所以此计数器的技术周期是0.5s；

​​​​​​​led显示状态控制

在指定的时间刻度上对LED的状态进行变更，以达到控制LED规律的亮灭的目的；

led_light_cnt的计时周期为0.5s，故在led_light_cnt上取一个点来变更LED的显示状态即可完成每隔0.5s LED显示发生变化；由于LED亮和灭只有两个状态，在赋值处理上将寄存器取反即可得到对应的从亮到灭变化（或从灭到亮的变化）；

assign led = led_status;

​​​​​​​完整的Module（不含注释）

硬件管脚分配

MES2KG的LED和CLK与FPGA的IO连接部分的原理图如下（在工程中做物理约束时需要结合原理图的FPGA管脚分配进行约束）：

 

复位设计是低电平有效，而MES2KG板卡上的按键按下时为低电平，松开为高电平，可用按键输入来做复位信号；使用RSET做为复位按键即可；

 

七：实验步骤​​​​​​​

打开PDS软件，创建工程

Step1：打开PDS软件，单击New Project

 Step2：单击NEXT

 Step3：创建名为led_light的工程到对应的文件目录，之后单击Next

Step4：选择RTL project，单击Next 

 Step5：单击Next(也可添加.v文件)

Step6：单击Next

 

Step7：单击Next

 Step8：选择器件系列、型号、封装、速率、综合工具，之后单击Next

 Step9：单击Finish,完成工程创建

添加设计文件 

PDS软件界面如下图：

 双击Designs，将前面设计的module新建到文件中，或者将前面编辑好的verilog文件添加到工程中：

添加文件到工程：

    在窗口中点击Add Files，选择添加文件到工程；

新建文件到工程：

1）在窗口中点击Create File；

2）选择Verilog Design File，文件名和module名一致，默认路径，点击OK；

 

3）点击OK；

 

3）点击Cancel； 

4）默认打开新建文件，将前面设计的module复制进去，

 

5）点击保存，新建文件完成

 

​​​​​​​编译

双击Compile或右击选择Run，编译完成后如下；

​​​​​​​工程约束

点击Tools选择User Constraint Editor(Timing and Logic)或者点击工具栏图标User Constraint Editor(Timing and Logic) 选择Pre Synthesize UCE，如下图所示。

 

Tools 下的User Constraint Editor(Timing and Logic)

 

工具栏User Constraint Editor(Timing and Logic)图标

​​​​​​​时钟约束

打开UCE后，选择Timing Constraints后选择Create Clock添加基准时钟，基准时钟一般是通过输入port输入用户涉及的板上时钟。

在弹窗中对时钟命名，关联时钟管脚，添加时钟参数，点击OK会创建一条时钟约束，Reset重置该页面。创建完成如下图所示：

 

​​​​​​​物理约束

打开UCE后，选择Device后选择I/O，根据原理图编辑IO的分配。

 

编辑好IO分配后，点击保存，完成约束。

七：生成位流文件并下载

双击Generate Bitstream或右击选择Run，生成二进制位流文件。

下载位流文件请参考《PDS快速使用手册》2.8下载位流文件

八：实验现象

8个LED灯同时亮和灭，亮和灭之间间隔时间为0.5s；