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点亮led灯 [2016/08/03 19:15]
zhijun 		点亮led灯 [2022/07/20 10:24] (当前版本)
zhijun [2. 设计要求]
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 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。 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。
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-===硬件平台:===+ 
 +### 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。 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。
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-===设计要求:===+### 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[[Lattice Diamond的使用|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FPGA时钟的使用
   - 了解时钟分频的工作原理   - 了解时钟分频的工作原理
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-===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。
  
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 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。 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。
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-===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 35: 行 36:
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-===代码设计:===+### 5. 代码设计
  
-==设计文件:==+#### 5.1 设计文件
 模块框图如下： 模块框图如下：
 {{ :blink.jpg |Blink}} {{ :blink.jpg |Blink}}
行 62: 行 63:
 </​code>​ </​code>​
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-==测试文件:==+ 
 +#### 5.2 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。
  
 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：
 +
 <code verilog> <code verilog>
 reg sys_clk; reg sys_clk;
行 82: 行 85:
  end  end
 </​code>​ </​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。 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： 模块调用方法如下：
 <code verilog> <code verilog>
-Blink #​(.CNT_NUM(10)) ​Blink_uut(+blink #​(.CNT_NUM(10)) ​blink_uut(
                                ​.clk_in ​  ​(sys_clk),​                                ​.clk_in ​  ​(sys_clk),​
                                ​.rst_n_in (sys_rst_n),​                                ​.rst_n_in (sys_rst_n),​
行 93: 行 96:
                                );                                );
 </​code>​ </​code>​
-\\ + 
 引脚分配如下： 引脚分配如下：
  
行 99: 行 102:
 ^ 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 113: 行 116:
 ^ 时钟频率 | 25MHz |   ​| ​   | ^ 时钟频率 | 25MHz |   ​| ​   |
  
------- +### 8. 学习的知识点
-=== 学习的知识点: ===+
   * LED闪烁原理   * LED闪烁原理
   * FPGA时钟的使用   * FPGA时钟的使用
   * 时钟分频   * 时钟分频
  
------- +### 9. 参考阅读
-=== 参考阅读: ===+
   * {{:​machxo2familydatasheet.pdf|Lattice MachXO2数据手册}}   * {{:​machxo2familydatasheet.pdf|Lattice MachXO2数据手册}}
  
------- +### 10. 相关设计文档
-=== 相关设计文档: ===+
 ^ **文件名称** ​ | **功能** | ^ **文件名称** ​ | **功能** |
 ^ **[[Blink]].v** | **LED闪烁** | ^ **[[Blink]].v** | **LED闪烁** |
 ^ **[[Blink_test]].v** | **测试文件** | ^ **[[Blink_test]].v** | **测试文件** |
  
------- +### 11. 扩展实验
-=== 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。 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。