通过点灯逻辑体验FPGA的编程流程

“点灯”是我们板农们拿到一块板子后第一个要实现的目标，正如软件工程师尝试新的语言必然会先写出“hello world”一样。

学习FPGA也不例外，不要小瞧这只小小的LED，它能在你学习的路上带给你光明，引导一个门外汉跨进可编程逻辑世界的大门！

作为“寒假在家一起练”的第二次直播讲座，我们今天就基于1个LED做了1个多小时的分享，从创建第一个FPGA项目、写下第一句Verilog代码，到调用FPGA的IP Cores，体验了FPGA的设计流程以及Verilog的基本语法规范。

用的平台是这款：

模块MIcroUSB右侧白色的小东东就是一只用FPGA的IO连接的LED，左侧的一只是电源指示灯，只要板上电源工作正常它就能亮。而FPGA连接的LED则可以通过编程FPGA内部的逻辑实现不同的状态。

BTW，苏老师所有的FPGA项目中最前面的几行代码肯定是一个每秒跳动一次的“心跳灯”，看着它跳动，心安。

先简单说一下点灯的要素 - LED点灯的工作原理：

LED的典型连接方式

灯亮以及灯亮时的亮度取决于下面的因素：

供电电源和控制管脚之间的压差一定要大于LED的正向偏压Vbias灯才能亮，否则是灭的。不同的器件，不同颜色的LED其偏压也是不同的，要看数据手册；

改变电阻值R1（我们一般称之为限流电阻）， I = （3.3V-Vbias）/R1也就发生了变化，LED的亮度也跟着变；

已经设计好的板子，限流电阻的值已经可能动态地改变，如果要调整LED的亮度，就要调节流经LED和限流电阻上的平均电流；

项目1 - 让LED灯亮起来：

创建项目一个新项目 - LED

创建Verilog代码 module（led），体会Verilog的语法结构；

module LED (led); output led; assign led = 1'b0; endmodule

编译

分配管脚（查找管脚映射表，通过电路图或项目中的表格）

生成jed文件

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下载到16管脚的FPGA模块上

项目2 - 让LED灯跳动起来

在module的端口中添加clk的输入信号

在verilog逻辑中通过计数分频产生12M/2 23 (～1.5Hz) 的周期信号，体会wire、reg的区别以及计数分频的实现方法

module LED (clk_in,led);input clk_in;output led; reg [23:0] counter; always @(posedge clk_in) counter = counter + 1'b1; assign led = counter[23]; endmodule

编译

分配管脚中补充新的clk管脚

生成jed文件

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项目3 - 让LED灯每秒刚好跳动1次

修改Verilog逻辑，能够产生精准的1Hz的周期信号，体会偶数分频乃至奇数分频的实现方法

module LED (clk_in,led);input clk_in;output led; parameter T1S = 12_000_000;parameter T05S = T1S/2; reg [23:0] counter; always @(posedge clk_in) begin if(counter < T1S-1) counter <= counter + 1'b1; else counter <= 1'b0; end assign led = (counter < T05S); endmodule

生成jed文件

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下载到16管脚的fpga模块上，对比结果

项目4 - 心跳加速会如何？- 50Hz的心跳灯

修改verilog逻辑，产生50Hz的周期信号

生成jed文件

下载到16管脚的fpga模块上，LED亮度变化，视觉暂留的效果，可以通过调节占空比控制LED的亮度（PWM），亮度与占空比（平均电流）非线性

 

单色的LED - 通过调节驱动信号的占空比调节LED的亮度

3色的LED - 通过调节每种颜色的LED的亮度实现不同的颜色组合

项目5 - 体验内部锁相环的使用以及内部IP Core的调用方式

添加PLL的IP

修改Verilog逻辑，通过PLL输出的时钟，产生1Hz的周期信号

生成jed文件

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下载到16管脚的fpga模块上

其实还有更多可玩的，时间关系就让同学们自己去琢磨和体验去了，比如：

“呼吸”灯 - 通过PWM来实现呼吸的效果

“流水”灯 - 多只LED组合，通过逻辑编程可以实现炫酷的效果（1维）

“交通”灯 - R、G、B三色组合，通过状态机的编程模拟道路交通灯的工作状态

数码管 - 其实也是几根LED组合在一起的显示器件

点阵LED屏 - 体会图形化显示的基本原理

一颗LED才几分钱，但可以玩出很多花样，可以锻炼很多技能，是不是？

原文标题：通过点灯的逻辑体验FPGA的编程流程以及Verilog语法基础

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责任编辑：haq