FPGA:频闪灯设计

news2024/9/20 22:02:11

1、需求

若在FPGA上实现LED灯一秒闪烁一次,先进行计算,1秒闪烁一次,即周期为1秒,开发板XC7A35TFFG-2的基本时钟输入由板载 50MHz 有源晶振提供,即频率为f = 50MHz
则一个周期为 T = 1 f = 1 50 M H z = 20 n s T=\frac{1}{f} = \frac{1}{50MHz}=20ns T=f1=50MHz1=20ns
将一秒钟一分为二,即前0.5秒灯灭,后0.5秒灯亮。即亮和灭的周期数为
0.5 × 1 0 9 ÷ 20 = 25000000 T 0.5\times 10^9 \div20=25000000T 0.5×109÷20=25000000T。假设时钟从0开始,设置一个计数器,如果我们想设计 n n n个时钟周期长度的计数器,一般计数到 n − 1 n-1 n1即可。
例如设置一个计数为 4 4 4个时钟周期的计数器,时钟从 1 1 1开始,则计数器到 3 3 3即可,执行顺序如下 0 − 1 − 2 − 3 − 1 0-1-2-3-1 01231.

2、设计定义

该实验有两个输入(复位信号和时钟信号),一个输出(led灯亮灭情况),复位信号低电平有效,时钟是上升沿触发。当复位信号来临时,led灯灭,计数器归0,当计数到24999999时,led灯翻转(即状态和原来相反),计数器归0。

3、编写代码

(1)创建工程,命名为led_flash_test,编写设计文件,其对应的verilog代码如下:

// 让led灯每秒闪烁一次  时序电路设计
module led_flash_test(
	clk,reset_n,led  //信号声明
);
input clk;
input reset_n;
output reg led;  // 在always模块赋值的语句,设为reg型
reg [24:0] counter; // 时钟计数单元
always @(posedge clk or negedge reset_n)
if (!reset_n)
	counter<=1'd0;
else if(counter == 24999999)
	counter<=1'd0;
else
	counter<=counter+1'd1;
always @(posedge clk or negedge reset_n)
if(!reset_n)
	led <= 0;
else if(counter == 24999999)
	led <= !led;
endmodule

编写测试文件,命名为led_flash_test_tb,其对应的verilog代码如下:

`timescale 1ns/1ps
module led_flash_test_tb();
reg clk;
reg reset_n;
wire led;
led_flash_test led_flash_test_inst0(
	.clk(clk),
	.reset_n(reset_n),
	.led(led)
);
initial clk=1;
always #10 clk = !clk;  # 每10ns翻转一次
initial begin
	reset_n=0;
	#201;   # 避免和时钟上升沿重合
	reset_n=1;
	#1000000000;
end
endmodule

4、仿真&板级调试

点击run simulation,即可查看仿真结果,如下所示
在这里插入图片描述
接下来进行引脚分配,根据开发手册提供的引脚分配表,
在这里插入图片描述
将Y18分配给clk,M22(led0)分配给led,F15(按键S0)分配给reset_n,按下表示低电平,进行复位。具体设置如下:
在这里插入图片描述
生成比特流文件并写入开发板,效果如下:
一秒闪烁一次
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

按下复位按钮,灯灭。
在这里插入图片描述

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