FPGA开发——实现流水灯的设计

一、概述

众所周知，在我们学习任何一款硬件，不管是单片机MCU，DSP以及其他的一系列硬件在内的最开始接触的都是LED流水灯的实现，这就和我们在学习编程时的输出“Hello World”一样，我们在学习FPGA的过程当中也是要从LED流水灯开始学起。

在FPGA开发中我们不管是实现什么功能，基本上都是需要使用计数器作为基础，这里也不例外。

二、设计代码的编写

//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);
 
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)
        led_out<=4'b0011;
    else if(end_cnt)begin
        led_out<={led_out[2:0],led_out[3]};
    end 
    else
        led_out<=led_out;
end 
endmodule

在这个代码中我们需要注意的就是使用拼接符实现LED灯的循环移动led_out<={led_out[2:0],led_out[3]};这句代码实现的就是将最高位和最低位进行不断交换。

三、测试文件的编写

//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

因为这里我们设置的周期是ms计数，相比于硬件本身的20ns来说非常大，所在我在测试文件中对于周期做了一个重定义——defparam  led_inst.TIME_500ms = 25;在测试文件中的重定义不会影响设计文件中的值，所以可以放心使用。

四、波形仿真

在波形图中我们可以看到LED灯从 0001——1000进行不断的循环流水。

四、下板验证