实验六 LED流水灯

在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。

1. 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，我们可以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译码器和时钟分频，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。 

2. 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。

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:

module flash (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	
        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
endmodule

3.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	C1	led[3]	M11
rst	L14	led[4]	P11
led[0]	N13	led[5]	N10
led[1]	M12	led[6]	N9
led[2]	P12	led[7]	P9

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。