学习fpga也有段时间了，但后台有几个朋友问我能不能分享一点简单入门例子，于是我打算发经典的如何控制led的例子,本文主要分享设计流程以及简单的verilog语法。

设计流程主要包括五个步骤模块设计、波形设计、编写rtl代码、仿真验证、上板验证，少部分根据设计的特殊性，有的需要进行画状态机和流程图。

1.按键控制小灯亮灭

实验目标：按下按键，小灯亮；松开按键，小灯灭。

了解硬件设计是写代码的前提，按键按下该管脚会拉低，led灯高电平点亮。

模块设计

模块设计：把复杂的功能进行拆分一个个独立的小模块，不仅增加模块的复用性，在后期的调试中也更简单。

波形设计

波形设计是野火家推出独有的设计方法，我个人觉得很受用。很好的体现了FPGA内部数字电路的并行执行的特点，不了解的朋友看看。

编写rtl代码：

FPGA采用的是硬件描述语言，语言构成电路。这与单片机不同，后者是如何写程序（指令）控制已有电路工作。

`timescale  1ns/1nsmodule led
(input wire  key_in,output wire  led_out);assign led_out = ~key_in;endmodule

仿真验证：

仿真验证又称测试脚本或激励，测试rtl代码中信号波形是否符合之前设计的波形。

`timescale  1ns/1nsmodule tb_led();reg    key_in;
wire   led_out;initial key_in <= 1'b0;always #10 key_in <= {$random} % 2;led led_inst
(.key_in (key_in ),  .led_out(led_out)
);endmodule

引脚约束：

根据硬件原理图确定按键和 led 分别与 FPGA 芯片的哪个引脚对应。

#按键
NET "key_in" LOC = U10 | IOSTANDARD = LVCMOS33;#led灯
NET "led_out" LOC = A11 | IOSTANDARD = LVCMOS33;

上板验证：

2.一上电小灯闪烁

实验目标：一上电或按下复位按键，小灯实现闪烁，闪烁一次的时间为1秒。

rtl代码：

`timescale  1ns/1nsmodule  breath_led
#(parameter   CNT_MAX = 25'd24_999_999
)
(input   wire    sys_clk     ,   input   wire    sys_rst_n   ,   output  reg      led_out
);
reg     [24:0]  cnt;    //经计算得需要25位宽的寄存器才够500ms//cnt:计数器计数,当计数到CNT_MAX的值时清零
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;elsecnt <= cnt + 1'b1;//led_out:输出控制一个LED灯,每当计数满标志信号有效时取反
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)led_out <= 1'b0;else    if(cnt == CNT_MAX)led_out <= ~led_out;  //亮灭之间跳转endmodule

验证：

仿真验证：

`timescale  1ns/1nsmodule  tb_ledflash();reg    sys_clk                ;
reg    sys_rst_n              ;wire      led_out             ;initial  beginsys_clk    = 1'b1;sys_rst_n = 1'b0;#20sys_rst_n = 1'b1;endalways #10 sys_clk = !sys_clk;   //控制一个周期20nsledflash
#(.CNT_MAX    (25'd24     )  //改变CNT_MAX值的大小，缩短仿真时间
)
ledflash_inst
(.sys_clk     (sys_clk  ) ,.sys_rst_n   (sys_rst_n) ,. led_out    ( led_out ));
endmodule

上板验证：

效果为视频不方便展示。

3.流水灯

实验目标：每过0.5秒右移动一次

rtl代码：

`timescale  1ns/1ns
//流水灯:每过0.5s移一次module  water_led
#(parameter CNT_MAX = 25'd24_999_999 ,    //0.5s计数最大值parameter CNT =  3'd3
)
(input   wire            clk     ,   input   wire            rst     ,  output  reg     [4:0]   led        );
reg     [24:0]  cnt_500ms   ;
reg     [2:0]   cnt;//0.5s计时器
always@(posedge clk or negedge rst)if(!rst)    cnt_500ms <= 25'b0;else if(cnt_500ms == CNT_MAX)cnt_500ms <= 25'b0;elsecnt_500ms <= cnt_500ms + 1'b1;
//cnt计数周期为4的计数器
always@(posedge clk or negedge rst)  if(!rst)    cnt <= 3'd0;else if((cnt_500ms == CNT_MAX-1'b1) && (cnt == CNT))  //计数满4，清零  cnt <= 3'd0;else if(cnt_500ms == CNT_MAX-1'b1) //时序逻辑延后了一拍，这里给他减一对齐cnt <= cnt + 1'b1;else cnt <= cnt;always@(posedge clk or negedge rst)   //case()分支语句if(!rst)led <= 4'b0001;else  case (cnt)3'd0:   led <= 4'b0001;3'd1:   led <= 4'b0010;3'd2:   led <= 4'b0100;3'd3:   led <= 4'b1000;default: led <= 4'b0001;endcase  endmodule

验证：

`timescale  1ns/1nsmodule  tb_water_led();reg          clk   ;
reg          rst   ;wire  [3:0] led    ;initial  beginclk    = 1'b1;rst = 1'b0;#20rst = 1'b1;endalways #10 clk = !clk; water_led
#(.CNT_MAX    (25'd24 )  //改变CNT_MAX值的大小，缩短仿真时间
)
water_led_inst
(.clk   (clk  ) ,.rst   (rst) ,.led   (led));
endmodule

仿真验证：

上板验证：

效果为视频不方便展示。

总结：

1.仿真就是测试rtl代码的正确性，编写整个系统的输入信号使其满足rtl代码的需求，就可以查看其内部逻辑的正确性。reg型表示的寄存器类型，reg相当于存储单元，具记忆功能； wire的本质是一条没有逻辑的连线，也就是说输入时什么输出也就是什么，无记忆功能。我们要对输入信号进行初始化、赋值故输入一般使用 reg,输出随输入变化故使用 wire。

说明：

本人使用的是野火家Xilinx Spartan6系列开发板及配套教程，以上内容如有疑惑或错误欢迎评论区指出，或者移步B站观看野火家教学视频。

开发软件：ise14.7 仿真：modelsim 10.5

如需上述资料私信或留下邮箱

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