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点亮led灯 [2016/06/02 13:14]
anran [知识点] 		点亮led灯 [2022/07/20 10:24] (当前版本)
zhijun [2. 设计要求]
行 1: 行 1:
-====硬件平台==== +正如C程序初学者尝试的第一个程序是写一个“hello World”一样，FPGA初学者的第一个程序一般都为“心跳（heart beat）灯”，也就是通过系统的时钟进行分频，产生周期性的低频信号（高、低电平交替变化驱动LED），控制LED灯的点亮和熄灭。
------- +
-[[STEP-MXO2第一代]]+
  
-====设计要求==== + 
-------+### 1. 硬件平台 
 +我们以[[STEP-MXO2第一代]]为例，对于其它平台只需要注意其时钟的频率以及管脚的分配。 
 + 
 +### 2. 设计要求
   - 初步了解数字设计的基本思想和开发流程   - 初步了解数字设计的基本思想和开发流程
-  - 熟悉Diamond软件和仿真软件的使用方法及流程+  - 熟悉[[Lattice_fpga|Diamond软件]]和仿真软件的使用方法及流程
   - 控制LED闪烁，闪烁周期为1秒   - 控制LED闪烁，闪烁周期为1秒
 +  - 了解FPGA时钟的使用
 +  - 了解时钟分频的工作原理
 +\\ 
  
-====工作原理==== +### 3. 工作原理
 按照设计要求，控制LED闪烁的周期为1秒，则LED灯需要点亮0.5s，然后熄灭0.5s，然后点亮0.5s，然后熄灭0.5s，循环执行。 按照设计要求，控制LED闪烁的周期为1秒，则LED灯需要点亮0.5s，然后熄灭0.5s，然后点亮0.5s，然后熄灭0.5s，循环执行。
  
 通过上面的分析，我们发现LED的控制信号就是一个周期为1s，占空比为50%的信号，我们可以定义一个寄存器和一个计数器，计数器负责计数满0.5s时寄存器翻转，实现对LED的闪烁控制。 通过上面的分析，我们发现LED的控制信号就是一个周期为1s，占空比为50%的信号，我们可以定义一个寄存器和一个计数器，计数器负责计数满0.5s时寄存器翻转，实现对LED的闪烁控制。
  
-小脚丫开发板晶振为25MHz，0.5s对应晶振12500000个周期的时间，所以计数器对晶振信号计数，当计12500000个数时，控制寄存器翻转。 +开发板上晶振为25MHz，0.5s对应晶振12500000个周期的时间，所以计数器对晶振信号计数，当计12500000个数时，控制寄存器翻转。
- +
-====硬件连接====+
  
 +### 4. 硬件连接
 LED也叫发光二极管，可以把电能转化成光能，因为是二极管的一种，由一个PN接组成，具有单向导电性。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流，LED的亮度与电流有关，一般LED能够承受的最大电流为20mA（具体需要看使用的LED的参数），本设计使用的限流电阻为1K。下图为LED的硬件电路： LED也叫发光二极管，可以把电能转化成光能，因为是二极管的一种，由一个PN接组成，具有单向导电性。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流，LED的亮度与电流有关，一般LED能够承受的最大电流为20mA（具体需要看使用的LED的参数），本设计使用的限流电阻为1K。下图为LED的硬件电路：
  
行 30: 行 32:
 ^ LED模块 ​  ​|LED1 ​  | ^ LED模块 ​  ​|LED1 ​  |
 ^ FPGA管脚 ​ |A3    | ^ FPGA管脚 ​ |A3    |
 +^
  
-====代码设计====+------
  
-===设计文件===+### 5. 代码设计 
 + 
 +#### 5.1 设计文件 
 +模块框图如下： 
 +{{ :blink.jpg |Blink}}
  
 我们首先定义一个参数：parameter CNT_NUM = 12500000 ，我们将参数定义放在模块的端口声明中，这样在模块被其他模块调用时可以通过端口重新定义参数的值。 我们首先定义一个参数：parameter CNT_NUM = 12500000 ，我们将参数定义放在模块的端口声明中，这样在模块被其他模块调用时可以通过端口重新定义参数的值。
行 40: 行 47:
  
 然后使用计数器计数触发寄存器信号不断翻转，如下： 然后使用计数器计数触发寄存器信号不断翻转，如下：
 +<code verilog>
 +reg [23:0] cnt;
 +reg        clk_div;
 +always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
 + if(!rst_n_in) begin
 + cnt <= 24'd0;
 + clk_div <= 1;
 + end else begin
 + if(cnt>​=CNT_NUM-1) begin
 + cnt <= 24'd0;
 + clk_div <= ~clk_div;
 + end else cnt <= cnt + 1;
 + end
 +end
 +</​code>​
 +\\ 
  
-{{:​计数及翻转.jpg|计数器计数触发寄存器翻转}} +#### 5.2 测试文件
- +
-===测试文件===+
  
 测试文件，也称testbench文件，是一种验证的手段，testbench文件在软件环境中模拟实际环境，产生被测模块输入端口需要的激励信号，对被测模块的输出信号分析，达到评估被测模块的目的。 测试文件，也称testbench文件，是一种验证的手段，testbench文件在软件环境中模拟实际环境，产生被测模块输入端口需要的激励信号，对被测模块的输出信号分析，达到评估被测模块的目的。
行 49: 行 70:
 对于测试文件，我们需要提供被测模块（Blink）需要的时钟（sys_clk）及复位（sys_rst_n），如下： 对于测试文件，我们需要提供被测模块（Blink）需要的时钟（sys_clk）及复位（sys_rst_n），如下：
  
-{{:​产生激励信号.jpg|产生激励信号}} +<code verilog> 
- +reg sys_clk; 
-然后调用被测模块（Blink），注意模块调用时参数的重定义及端口的传递。如下 +initial 
- + sys_clk = 1'b0; 
-{{:​模块调用参数及端口传递.jpg|模块调用参数及端口传递}} +always 
 + sys_clk = #​(CLK_PERIOD/​2) ~sys_clk; 
 +  
 +reg sys_rst_n; ​ //active low 
 +initial  
 + begin 
 + sys_rst_n = 1'​b0;​ 
 + #100; 
 + sys_rst_n = 1'​b1;​ 
 + end 
 +</​code>​
  
 +然后调用被测模块（Blink），注意模块调用时参数的重定义及端口的传递，为了方便仿真，减少仿真时间，我们将设计文件中的计数终值参数（CNT_NUM）在测试文件中重新赋值为10，这样我们在仿真时计数器的计数范围应该为0~9。
  
 +模块调用方法如下：
 +<code verilog>
 +blink #​(.CNT_NUM(10)) blink_uut(
 +                               ​.clk_in ​  ​(sys_clk),​
 +                               ​.rst_n_in (sys_rst_n),​
 +                               ​.led_out ​ (led_out)
 +                               );
 +</​code>​
 + 
 引脚分配如下： 引脚分配如下：
  
 ^ 管脚名称 | clk_in | rst_n_in ​ | led_out ​ | ^ 管脚名称 | clk_in | rst_n_in ​ | led_out ​ |
 ^ FPGA管脚 | C1     | B1        | A3        | ^ FPGA管脚 | C1     | B1        | A3        |
-====仿真结果====+ 
 + 
 +### 6. 仿真结果
  
 {{:​仿真结果.jpg|仿真结果}} {{:​仿真结果.jpg|仿真结果}}
-====资源报告====+ 
 +### 7. 资源报告
  
 ^ 资源 | 数量 ​ | 比例 ​ | 说明 ​ | ^ 资源 | 数量 ​ | 比例 ​ | 说明 ​ |
行 73: 行 116:
 ^ 时钟频率 | 25MHz |   ​| ​   | ^ 时钟频率 | 25MHz |   ​| ​   |
  
-====知识点==== +### 8. 学习的知识点
   * LED闪烁原理   * LED闪烁原理
 +  * FPGA时钟的使用
   * 时钟分频   * 时钟分频
  
-====参考文档====+### 9. 参考阅读
   * {{:​machxo2familydatasheet.pdf|Lattice MachXO2数据手册}}   * {{:​machxo2familydatasheet.pdf|Lattice MachXO2数据手册}}
-  * {{:​sn74hc595.pdf|74HC595数据手册}} 
- 
-====相关文档==== 
  
 +### 10. 相关设计文档
 ^ **文件名称** ​ | **功能** | ^ **文件名称** ​ | **功能** |
-^ **[[DLED_DISP]]** | **数码管显示** | +^ **[[Blink]].v** | **LED闪烁** | 
 +^ **[[Blink_test]].v** | **测试文件** |
  
 +### 11. 扩展实验
 +XO2 FPGA自带时钟发生器，但其精度较低（5%），对于基本的功能性的实验是够了的，但对于高精度要求的应用，其芯片内部振荡器产生的时钟就无法满足要求，因此在我们的小脚丫开发板上还连接了外部晶振产生的25MHz的时钟信号，在上述的实验中我们采用了25MHz的时钟信号来产生LED的交替控制信号，用户可以尝试采用内部的时钟产生所需要的LED控制信号。