FPGA实现LED流水灯

news2025/4/7 7:03:51

一、在VsCode中写代码

1、建立工程项目文件water_led.v文件

2、打开项目文件，创建三个目录

3、打开文件trl，创建water_led.v文件

4、打开文件tb，创建water_led_tb.v文件

5、用VsCode打开water_led.v文件，编写源代码

module water_led (
    input                  clk,       // 输入时钟（50 MHz）
    input                  rst_n,     // 复位信号（低电平有效）
    input                  pause_sw,  // 暂停开关（高电平暂停，低电平运行）
    output reg [5:0]       led        // 输出 6 个 LED
);

parameter T = 50_000_000;             // 计数器最大值，用于生成 1 秒定时

reg [2:0] cstate;                     // 现态
reg [2:0] nstate;                     // 次态

// 状态划分
localparam state_led0 = 0;            // LED0 亮
localparam state_led1 = 1;           // LED1 亮
localparam state_led2 = 2;           // LED2 亮
localparam state_led3 = 3;           // LED3 亮
localparam state_led4 = 4;           // LED4 亮
localparam state_led5 = 5;           // LED5 亮

reg [25:0] cnt = 0;                   // 计时器赋初值为 0

// 计数器模块
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n)
        cnt <= 0;                     // 按下复位键，清零
    else if (cnt == T - 1)            // 计时器达到最大值，清零重新计数
        cnt <= 0;
    else if (!pause_sw)               // 如果未暂停，计数器继续计数
        cnt <= cnt + 1;
end

// 第一段：现态跟随次态，时序逻辑，非阻塞赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n)
        cstate <= state_led0;         // 复位键被按下，当前状态设置为 LED0 亮
    else if (!pause_sw)               // 如果未暂停，更新状态
        cstate <= nstate;
end

// 第二段：组合逻辑，阻塞赋值
always @(*) begin
    if (!rst_n)
        nstate = state_led0;          // 复位时回到初始状态
    else
        case (cstate)
            state_led0: begin
                if (cnt == T - 1)      // 该状态持续时间为 1 秒，1 秒后跳转到下一个状态
                    nstate = state_led1;
                else
                    nstate = state_led0;
            end
            state_led1: begin
                if (cnt == T - 1)
                    nstate = state_led2;
                else
                    nstate = state_led1;
            end
            state_led2: begin
                if (cnt == T - 1)
                    nstate = state_led3;
                else
                    nstate = state_led2;
            end
            state_led3: begin
                if (cnt == T - 1)
                    nstate = state_led4;
                else
                    nstate = state_led3;
            end
            state_led4: begin
                if (cnt == T - 1)
                    nstate = state_led5;
                else
                    nstate = state_led4;
            end
            state_led5: begin
                if (cnt == T - 1)
                    nstate = state_led0;
                else
                    nstate = state_led5;
            end
            default: nstate = state_led0; // 默认状态
        endcase
end

// 第三段：跟随状态输出
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n)
        led <= 6'b000001;              // 复位时点亮第一个 LED
    else
        case (cstate)
            state_led0: led <= 6'b000001;
            state_led1: led <= 6'b000010;
            state_led2: led <= 6'b000100;
            state_led3: led <= 6'b001000;
            state_led4: led <= 6'b010000;
            state_led5: led <= 6'b100000;
            default: led <= 6'b000001; // 默认状态
        endcase
end

endmodule

6、用VsCode打开water_led_tb.v文件，编写仿真代码

`timescale 1ns / 1ps

module fsm3_led_tb;

    // 输入信号
    reg clk;         // 输入时钟（50 MHz）
    reg rst_n;       // 复位信号（低电平有效）
    reg pause_sw;    // 暂停开关（高电平暂停，低电平运行）

    // 输出信号
    wire [5:0] led;  // 6 个 LED 输出

    // 实例化被测模块
    fsm3_led uut (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .pause_sw(pause_sw),
        .led(led)
    );

    // 生成时钟信号
    initial begin
        clk = 0;
        forever #10 clk = ~clk; // 50 MHz 时钟周期 = 20 ns
    end

    // 测试过程
    initial begin
        // 初始化信号
        rst_n = 0;      // 初始复位
        pause_sw = 0;   // 初始不暂停
        #20;            // 等待 20 ns

        // 释放复位信号
        rst_n = 1;
        #200;           // 等待一段时间观察初始状态

        // 测试正常流水灯效果
        pause_sw = 0;   // 不暂停
        #2_000_000;     // 运行 2 秒，观察 LED 变化

        // 测试暂停功能
        pause_sw = 1;   // 暂停
        #1_000_000;     // 停留 1 秒，观察 LED 是否保持不变
        pause_sw = 0;   // 恢复
        #2_000_000;     // 再次运行 2 秒，观察 LED 变化

        // 测试复位功能
        rst_n = 0;      // 触发复位
        #20;            // 等待复位完成
        rst_n = 1;      // 释放复位
        #200;           // 观察复位后的初始状态

        // 结束仿真
        $stop;
    end

endmodule