如波形图所示，初始状态给led端口赋值为4’b0001；等待0.5s后，即计数器计数25000000次（板载晶振为50MHz，周期为20ns），给 led 端口赋值为4’b0010；等待0.5s后，给led端口赋值为4’b0100；等待0.5s，给led端口赋值为 4’b1000；再次等待0.5s后，给led端口赋值为4’b0001，后面依次类推，四个LED即可实现流水的效果。

3.流水灯代码实现

根据波形图使用Verilog编写计数器（water_led.v）代码
代码如下：


// 流水灯（时间间隔0.5s）
module water_led
(
    input sys_clk,       // 系统时钟输入
    input sys_rst_n,     // 系统复位信号输入
    output reg [3:0] led // LED 输出
);
 
parameter MCNT = 24999999; // 定义计数器最大值，相当于 0.5s 的计数值，20ns * 24999999 = 0.5s
reg [24:0] cnt;            // 计数器，d24999999=b0001 0111 1101 0111 1000 0100 0000,25 位宽
 
// 主要代码
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if (!sys_rst_n)   
        cnt <= 25'd0;       // 复位计数器清零
    else if (cnt == MCNT)   // 如果计数器达到最大值
        cnt <= 25'd0;       // 计数器清零
    else
        cnt <= cnt + 25'd1; // 计数器加1
end
 
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if (!sys_rst_n)   
        led <= 4'b0001;             // 复位设置LED为初始状态 0001
    else if (cnt >= MCNT)           // 如果计数器大于等于最大值
        led <= {led[2:0], led[3]};  // 进行左移，更新LED状态为流水灯效果
    else
        led <= led;  // LED状态保持不变
end
 
endmodule

4.移位操作原理

流水的功能适合使用移位的操作，移位操作行代码为：led <= {led[2:0], led[3]}，实际上是通过拼接操作来实现向左移位；比如：
假设LED初始状态为4'b0001，LED[2:0]为低三位001，LED[3]为最高位0，则进行一次移位操作实际上就是拼接位{001,0}，led此时状态为4'b0010，实现向左移位；

三、RTL功能仿真

1.RTL原理图

RTL原理图打开步骤：

RTL视图如下：

      RTL_ADD是加法器，实现计数器的累加操作；
      RTL_MUX是一个选择器，根据cnt是否等于25’b1011111010111100000111111（对应十进制 25’d24999999）的结果，选择输出0或者输出cnt累加的结果；
      RTL_ROM是一个存储电路，将cnt和25’d24999999进行对比，并输出对比的结果值；       RTL_REG_ASYNC是异步复位的寄存器，在时钟边沿的触发下，将输入D赋值给输出Q。

2.仿真测试文件代码

代码如下：


`timescale 1ns / 1ns
 
module tb_water_led();
reg sys_clk     ;
reg sys_rst_n   ;
 
wire [3:0] led  ;
 
initial begin
    sys_clk = 1'b1;
    sys_rst_n <= 1'b0;
    #201
    sys_rst_n <=1'b1;
end
 
always #10 sys_clk = ~sys_clk;// 时钟周期为 20ns，生成时钟信号
 
water_led 
#(.MCNT(24999))//减少仿真时间，将计数器设置为0.5ms
water_led_inst(
    .sys_clk    (sys_clk)     ,
    .sys_rst_n  (sys_rst_n)   ,
    
    .led        (led)
    );
 
endmodule

3.仿真结果

仿真波形与之前所绘制的波形图一致，这里为了减少仿真耗时在仿真文件里将间隔时间设置为0.5ms。

四、下载验证

1.分析综合

2.管脚分配

管脚配置完成之后保存约束文件。

管脚参考小梅哥芯路恒XC7A35TFGG484-2开发板引脚进行分配，如下图：

3.时序约束

        对时钟的约束最简单的理解就是，设计者需要告诉EDA工具设计中所使用的时钟的频率是多少；然后工具才能按照所要求的时钟频率去优化布局布线，使设计能够在要求的时钟频率下正常工作。
        本次实验 sys_clk 的时钟频率为50MHz，周期为20ns，在做约束时可以等于这个值或者略低于这个值，不建议周期设置的太小，否则软件在布局布线时很难满足这个要求。
        对于比较简单的设计，即使不对工程做时序约束，可能也不影响最终的功能。但是当设计变得复杂起来，或者输入的时钟频率比较高的时候，如果不添加时序约束，那么就有可能在验证设计结果的时候出现一些意料之外的情况。所以这里推荐大家无论简单或者复杂的实验，都对工程做时序约束。
        （具体参考正点原子开发指南）

具体操作如下：

4.上板验证

最后经过上图所示步骤生成bit流文件，Open Target，Program Device，实现结果如下所示：

water_led

总结

注意引脚分配很重要，一定要是对应的50MHz晶振的对应管脚，复位的随机选择一个按键引脚。

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