基于FPGA的流水燈設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)規(guī)劃

依次點(diǎn)亮4個(gè)LED燈，實(shí)現(xiàn)流水燈的效果，兩燈之間點(diǎn)亮間隔為0.5s，LED燈一次點(diǎn)亮持續(xù)時(shí)間0.5s。

LED燈低電平點(diǎn)亮，因此流水燈應(yīng)該是1110-1101-1011-0111-1110-1101-...

首先是時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位信號(hào)，由于需要計(jì)時(shí)，我們還要產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器cnt。然后還需要產(chǎn)生一個(gè)cnt_flag脈沖標(biāo)志信號(hào)作為流水切換的標(biāo)志，每當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到24_999_998時(shí)拉高并只產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘的高電平（高電平出現(xiàn)LED狀態(tài)就開始切換）。最重要的是，流水燈的實(shí)現(xiàn)是通過左移操作，無法直接通過led_out的左移實(shí)現(xiàn)，因此需要定義一個(gè)led_out_reg（led_out從1110左移一次是1100，會(huì)有兩個(gè)燈點(diǎn)亮，而led_out_reg是LED的位反0001，左移一次是0010，取反后led_out是1101，就能實(shí)現(xiàn)流水的需求）。

編寫代碼

module water_led
#(
parameter CNT_MAX = 25'd24_999_999
)
(
input wire sys_clk , 
input wire sys_rst_n , 
output wire [3:0] led_out 
 );


 //reg define
 reg [24:0] cnt ;
 reg cnt_flag ;
 reg [3:0] led_out_reg ;


 //cnt:計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)500ms
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
 if(sys_rst_n == 1'b0)
 cnt <= 25'b0;
 else if(cnt == CNT_MAX)
 cnt <= 25'b0;
 else
 cnt <= cnt + 1'b1;


 //cnt_flag:計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿500ms標(biāo)志信號(hào)
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
 if(sys_rst_n == 1'b0)
 cnt_flag <= 1'b0;
 else if(cnt == CNT_MAX - 1)
 cnt_flag <= 1'b1;
 else
 cnt_flag <= 1'b0;


 //led_out_reg:led循環(huán)流水
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
 if(sys_rst_n == 1'b0)
 led_out_reg <= 4'b0001;
 else if(led_out_reg == 4'b1000 && cnt_flag == 1'b1)
 led_out_reg <= 4'b0001;
 else if(cnt_flag == 1'b1)
 led_out_reg <= led_out_reg < < 1'b1; //左移
 assign led_out = ~led_out_reg;
 endmodule

三個(gè)中間信號(hào)的定義：cnt，cnt_flag，led_out_reg。

1、cnt：計(jì)數(shù)器變化的條件是時(shí)鐘上升和復(fù)位有效（復(fù)位下降），復(fù)位信號(hào)有效時(shí)cnt變?yōu)榈碗娖?；?jì)滿時(shí)清零；其他時(shí)刻+1。

2、cnt_flag：計(jì)數(shù)器計(jì)滿的脈沖標(biāo)志信號(hào)，變化條件和cnt一樣，復(fù)位有效時(shí)變?yōu)榈碗娖?；?jì)滿前一個(gè)時(shí)鐘拉高；其他時(shí)刻都為0，這樣就能成為一個(gè)脈沖信號(hào)，并在計(jì)滿前拉高，標(biāo)志led要左移。

3、led_out_reg：暫存led燈狀態(tài)，可以直接對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行操作來控制LED燈。復(fù)位和初始時(shí)是最右邊的燈亮，反推出led_out_reg=0001；當(dāng)最左邊的燈亮且計(jì)滿標(biāo)志信號(hào)拉高時(shí)，令最右邊的燈亮led_out_reg=0001；當(dāng)計(jì)滿標(biāo)志信號(hào)拉高時(shí)，led_out_reg左移。而控制LED電平的輸出信號(hào)led_out是led_out_reg的按位取反。

編寫testbench

`timescale 1ns/1ns
module tb_water_led();
//wire define
wire [3:0] led_out ;
 //reg define
 reg sys_clk ;
 reg sys_rst_n ;
 //初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、全局復(fù)位
 initial begin
 sys_clk = 1'b1;
 sys_rst_n <= 1'b0;
 #20
 sys_rst_n <= 1'b1;
 end


 //sys_clk:模擬系統(tǒng)時(shí)鐘，每10ns電平翻轉(zhuǎn)一次，周期為20ns，頻率為50MHz
 always #10 sys_clk = ~sys_clk;
 //-------------------- water_led_inst --------------------
 water_led
 #(
 .CNT_MAX (25'd24)
 )
 water_led_inst
 (
 .sys_clk (sys_clk ), //input sys_clk
 .sys_rst_n (sys_rst_n ), //input sys_rst_n
 .led_out (led_out ) //output [3:0] led_out
 );
 endmodule

testbench代碼是非常熟悉的，信號(hào)定義，初始化，實(shí)例化。

對(duì)比波形

1110-1101-1011-0111分別對(duì)應(yīng)了十六進(jìn)制的e，d，b，7

由于在testbench模塊，為了節(jié)省時(shí)間將CNT_MAX設(shè)置成24，因此24個(gè)時(shí)鐘脈沖LED的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，波形和我們預(yù)想的一致。

分配管腳