LED流水灯

时钟分频实验中我们练习了如何处理时钟,接下来我们要学习如何利用时钟来完成时序逻辑。

====硬件说明====

流水灯实现是很常见的一个实验,虽然逻辑比较简单,但是里面也包含了实现时序逻辑的基本思想。要用FPGA实现流水灯有很多种方法,在这里我们会用两种不同的方法实现。
1,模块化设计:在之前的实验中我们做了3-8译码器时钟分频,如果把这两个结合起来,我们就能搭建一个自动操作的流水LED显示。框图如下:

2,循环赋值:这是一种很简洁的实现流水灯效果逻辑,就是定义一个8位的变量,在每个时钟上升沿将最低位赋值给最高位,其他位右移一位,这就实现了循环赋值。这8位输出到LED就能实现流水灯。

====Verilog代码====

模块化设计是用硬件描述语言进行数字电路设计的精髓,代码可重复利用。而且模块化的设计使得程序的结构也很清晰。这里我们首先看看流水灯的模块化设计。利用了之前的3-8译码器和分频器,你需要把这两个程序也拷贝到一个工程。

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// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
// ********************************************************************
// File name    : flashled.v
// Module name  : flashled
// Author       : STEP
// Description  : segment initial
// Web          : www.stepfpga.com
// 
// --------------------------------------------------------------------
// Code Revision History : 
// --------------------------------------------------------------------
// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
// --------------------------------------------------------------------
// Module Function:流水灯的模块化设计
 
module flashled (clk,rst,led);
 
	input clk,rst;						
	output [7:0] led;				
 
 
        reg   [2:0] cnt ;                               //定义了一个3位的计数器,输出可以作为3-8译码器的输入
 
        wire clk1h;                                     //定义一个中间变量,表示分频得到的时钟,用作计数器的触发        
 
        //例化module decode38,相当于调用
        decode38 u1 (                                   
			.sw(cnt),                       //例化的输入端口连接到cnt,输出端口连接到led  
			.led(led)
			);
 
        //例化分频器模块,产生一个1Hz时钟信号		
        divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) u2 (         //传递参数
			.clk(clk),
			.rst_n(rst),                   //例化的端口信号都连接到定义好的信号
			.clkout(clk1h)
			);                             
 
        //1Hz时钟上升沿触发计数器,循环计数		
        always @(posedge clk1h or negedge rst)
	     if (!rst)
		cnt <= 0;
	     else
		cnt <= cnt +1;
 
        endmodule
 
 



模块化设计结构清晰,verilog语言是很灵活的。对于流水灯还有一种很简洁的实现方法。

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// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
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// File name    : flashled.v
// Module name  : flashled
// Author       : STEP
// Description  : segment initial
// Web          : www.stepfpga.com
// 
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// Code Revision History : 
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// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
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// Module Function:流水灯的模块化设计
 
module flashled (clk,rst,led);
 
	input clk,rst;						
	output [7:0] led;				
 
        wire clk1h;                                     //定义一个中间变量,表示分频得到的时钟,用作计数器的触发        
 
        //例化分频器模块,产生一个1Hz时钟信号		
        divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) u2 (         //传递参数
			.clk(clk),
			.rst_n(rst),                   //例化的端口信号都连接到定义好的信号
			.clkout(clk1h)
			);                             
 
        //1Hz时钟上升沿触发循环赋值	
        reg [7:0] led;
        always@(posedge clk1h or negedge rst)
	begin
		if(!rst)
			led <= 8'b11111110;            // <=为非阻塞赋值
		else 
			led <= {led[0],led[7:1]};      //当时钟上升沿来一次,执行一次赋值,赋值内容是led[0]与led[7:1]重新拼接成8位赋给led,相当于循环右移
	end	
 
 



引脚分配


按照下面表格定义输入输出信号

信号 引脚 信号 引脚
clk J5 led[3] M12
rst J9 led[4] L15
led[0] N15 led[5] K12
led[1] N14 led[6] L11
led[2] M14 led[7] K11



配置好以后编译下载程序。可以调整例化分频器时传递的参数来调整流水灯的速度。

====小结====

掌握了verilog里面例化module的用法,采用模块化设计程序。模块化设计是非常重要的FPGA设计思想。在下一节我们会学习按键的另外用法按键消抖