FPGA入门系列实验教程——流水灯

入门系列实验教程——LED流水灯1.实验任务让实验板上的8个LED实现流水灯的功能。通过这个实验，进一步掌握采用计数与判断的方式来实现分频的VHDL的编程方法以及移位运算符的使用。2.实验环境硬件实验环境为艾米电子工作室型号EP2C8Q208C8增强版开发套件。软件实验环境为QuartusII8.1开发软件。3.实验原理流水灯，顾名思义就是让LED象水一样的点亮。如果把流水做慢动作播放，可以想象到其实就是移动，即：把水块不断地向同一方向移动，而原来的水块保持不动，就形成了流水。同样，如果使得最左边的灯先亮；然后，通过移位，在其右侧的灯，由左向右依次点亮，而已经亮的灯又不灭，便形成了向右的流水灯。初始状态时，8个灯都不亮。每来一个时钟脉冲CLK，计数器就加1。每当判断出计数器中的数值达到25000000时，就会点亮一个灯，并进行移位。FPGA输出的数据就应该首先是10000000，隔1秒钟变成11000000……一直变化到11111111，这样，依次点亮所有的灯，就形成了流水灯。而当8个灯都点亮时，需要一个操作使得所有的灯恢复为初始状态，即：灯都不亮。然后，再一次流水即可。如果是右移位，就出现向右流水的现象；反之，向左流水。4.实验程序libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityLEDisport(clk:instd_logic;//设置时钟输入dout:outstd_logic_vector(7downto0));//8位端口输出endLED;architecturebehaveofLEDissignalp:std_logic_vector(31downto0);//信号变量signalt:std_logic_vector(8downto0);begin(clk)beginif(clk'eventandclk='1')then//判断上升沿信号p=p+1;if(p=25000000)thent(8downto1)=t(7downto0);//将低8位移至高8位t(0)='1';//最地位置1p=00000000000000000000000000000000;endif;if(t(8)='1')thent=000000000;endif;endif;endprocess;dout=t(7downto0);//将低8位赋给输出端口endbehave;代码分析：先定义一个二进制32位的信号变量P和一个9位的信号变量t，时钟每产生一个上升沿的时钟跳变，P自动加1。当P加到25000000时将t的低8位移到t的高8位，同时将t的最地位置1，P复位置0，P又将从0开始计数。当t的最高位变为1时将t复位置0从头开始。在程序执行过程中始终将t的低8位赋值给数据输出端dout。5.实验步骤（1）建立新工程项目：打开QuartusII软件，进入集成开发环境，点击File→Newprojectwizard建立一个工程项目ledwater。（2）建立文本编辑文件：点击File→New在该项目下新建VHDL源程序文件ledwater.v，输入试验程序中的源程序代码保存后选择工具栏中的按钮启动编译，若在编译中发现错误，则找出并更正错误，直到编译成功为止。（3）选择器件型号及引脚的其他设置：选择所用的FPGA器件→EP2C8Q208C8，以及进行一些配置。选择配置器件EPCS4，设置不需要使用的IO功能为Asinputs，tri-stated。点击两次ok，回到主界面。（4）配置FPGA引脚：在QuartusII软件主页面下，选择Assignments→Pins或选择工具栏上按钮，配置dout[0]---dout[7]以及clk的引脚。上述配置引脚的方法适合引脚比较少的项目，对于引脚比较多的工程项目，分配起来就比较麻烦了，下面介绍一种方便快捷的引脚分配方法。a.首先建立一个TCLScript文件：点File→New选择DesignFiles选项卡里面的TclScriptFile，如下图所示：点击ok，输入下面的代码：#Pin_Setup.tcl#Setuppinsettingset_global_assignment-nameRESERVE_ALL_UNUSED_PINSASINPUTTRI-STATEDset_global_assignment-nameENABLE_INIT_DONE_OUTPUTONset_location_assignmentPIN_23-toclkset_location_assignmentPIN_75-todout[0]set_location_assignmentPIN_76-todout[1]set_location_assignmentPIN_89-todout[2]set_location_assignmentPIN_94-todout[3]set_location_assignmentPIN_92-todout[4]set_location_assignmentPIN_97-todout[5]set_location_assignmentPIN_102-todout[6]set_location_assignmentPIN_101-todout[7]比较简单的代码，简单的讲解一下，第一行和第二行是注释，第四行的意思是设置不用的引脚为三态输入，第五行的意思是打开INIT_DONE输出。后面的几行分别是锁定clk和8个led的引脚。c.在QuartusII主界面中选择File→SaveAs保存这个文档，软件会自动把它加到项目里面。d.在QuartusII主界面中选择点Tools-TCLScripts...，出现下图所示这个界面：选中你刚才建好的Tcl文件，点击Run。f.你可以选择Assignments→Pins或选择工具栏上按钮确认一下是否正确分配了，分配的情况如下图：怎么样这种方法是不是比以前的方法快多了！这个文件你可以适当修改用于别的项目，如果引脚一样也可以直接在别的项目中加入这个文件然后执行，可以省很多事情。（5）编译工程项目：在QuartusII主页面下，选择Processing—StartCompilation或点击工具栏上的按钮启动编译，直到出现“FullCompilationReport”对话框，点击OK即可。（6）波形仿真：由于本次试验比较简单，波形仿真将在后面实验详细讲解。（7）下载设计程序到目标FPGA6.实验现象经过前两个实验的训练，第三个实验应该很轻松地就做完了吧！看到实验板上LED实验了流水灯的功能，你是否掌握了移位运算符的使用，你可以试着自己编写其他花样的流水灯，比如左流水或其他花样的流水灯，这就要看你的想象力了。