小梅哥和你一起深入學習FPGA之點亮LED燈（上）

關鍵詞： FPGA , LED

　　在之前更新的目錄里面，并沒有安排這個實驗，第一個實驗應該是獨立按鍵的檢測與消抖?？墒?，當小梅哥來做按鍵消抖的實驗時，才發(fā)現(xiàn)沒有做基本的輸出設備，因此按鍵檢測的結(jié)果無法直觀的展示出來。也算是為后續(xù)實驗做鋪墊吧，第一個實驗就安排成了點亮LED燈。
　　一、 實驗目的
　　實現(xiàn)4個LED燈的亮滅控制
　　二、 實驗原理
　　LED燈的典型電路如下2-1所示，我們控制led燈的亮滅，實質(zhì)就是去控制FPGA的IO輸給LED負極一個低電平或者高電平。從圖中可知，我們給對應的led負極上一個低電平，就會有對應的電流通過 電阻，流過led燈，于是LED燈就會被點亮;當給led負極一個高電平時，led兩端電壓相等，因此沒有電流流過，led則呈熄滅狀態(tài)。
　　

　　圖2-1 led燈典型電路
　　三、 硬件設計
　　本實驗的硬件電路即如圖2-1所示，讀者一看即懂，因此本節(jié)內(nèi)容略。
　　四、 架構(gòu)設計
　　雖然本實驗只是一個簡單的點亮led燈實驗，整個實驗代碼不過四五行，但是為了遵循小梅哥一直喜歡的那種模塊化的設計理念，因此本設計還是將led的驅(qū)動做成子模塊的形式。
　　本實驗由兩個模塊組成，分別為led驅(qū)動模塊和頂層例化模塊，可能看過其它開發(fā)板資料的同學會覺得這樣反而增加了系統(tǒng)的復雜程度，但是，小梅哥如此設計必定有我的道理，圖4-1為本實驗的模塊組織結(jié)構(gòu)
　　

　　圖4-1 led實驗模塊組織結(jié)構(gòu)圖
　　由圖可知本實驗僅有n個輸出端口，對應了n個led燈(為了代碼的可移植性，這里并沒有將led的個數(shù)限定死，而是采用了參數(shù)化的設計，因此，在實際使用過程中，就可根據(jù)實際不同的需要，自由的調(diào)整led的個數(shù))。在modelsim仿真過程中，所有信號必須要有復位初始值，因此復位信號(Rst_n)必不可少。可能讀者這里會發(fā)現(xiàn)，與我昨天所寫的端口命名規(guī)范有出入。如果按照我所出的規(guī)范中來命名的話，則應該將復位信號命名為Global_Rst，對于這個問題，暫時小梅哥不做深入解說，其實嚴格意義上來說，這里的這個Rst_n應該只能算是一個內(nèi)部信號，該信號在實際工程應用中往往由鎖相環(huán)產(chǎn)生。這里因為為了配合仿真，因此該信號就暫時被引出來，做了全局復位信號。詳細的關于全局復位與內(nèi)部復位信號的處理，小梅哥在后面涉及到鎖相環(huán)的使用的實驗中會詳細解說。

　　表4-1 led實驗端口說明
　　五、 代碼組織方式
　　本實驗中，每個模塊也就四五行的代碼，因此談不上代碼組織方式，因此本節(jié)從略。
　　六、 關鍵代碼解讀
　　以下是代碼片段：
　　module LED_Driver #(parameter Width = 1)/*定義位寬參數(shù)*/
　　(Rst_n,Sig,Led);/*定義模塊端口*/
　　input Rst_n;
　　input [Width-1:0] Sig;
　　output [Width-1:0] Led;
　　assign Led = (Rst_n)?Sig:{Width{1'b1}};/*復位輸出全1，否則按照Sig的值輸出*/
　　endmodule
　　以上為LED驅(qū)動模塊的代碼，第1行定義了一個參數(shù)“Width”，即位寬，因此在例化(調(diào)用)此模塊時，根據(jù)實際需要給Width賦予不同的值，則可實現(xiàn)不同的LED位寬的設置。第4至7行為輸入輸出端口定義，具體信號含義見表4-1。第9行為LED輸出賦值語句，有關該代碼的含義，請讀者自行閱讀夏宇聞老師的《Verilog數(shù)字系統(tǒng)設計教程》一書。小梅哥精力和時間實在太有限，沒辦法一一幫大家補充Verilog的知識，望見諒?？傊撜Z句實現(xiàn)了當復位信號為低電平時(系統(tǒng)處于復位狀態(tài))，所有LED全部熄滅;當復位信號為高電平(系統(tǒng)正常工作)時，led輸出對應的Sig信號各位的狀態(tài)。
　　以下是代碼片段：
　　module LED_TOP(Rst_n,Led);
　　input Rst_n;
　　output [3:0] Led;
　　LED_Driver
　　#( /*參數(shù)例化*/
　　.Width (4)
　　)
　　LED_Driver_inst(/*端口例化*/
　　.Rst_n(Rst_n),
　　.Sig(4'b1001),/*OFF ON ON OFF*/
　　.Led(Led)
　　);
　　endmodule
　　以上為LED實驗的頂層模塊，其中將位寬參數(shù)例化為了4，即4個LED。因為沒有其他模塊提供Sig信號，因此直接將該信號賦值為4’b1001。則如果下載到實驗板上，會看到4個led燈分別處于“滅 亮 亮 滅”的狀態(tài)。