✎ 流水灯 [小脚丫STEP开源社区]

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=====流水灯=====

====硬件平台====
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  - [[STEP-MXO2第一代]]
  - [[STEP-Baseboard]]

====设计要求====
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  - 掌握分频功能的设计
  - 掌握时序逻辑的设计
  - 掌握case的基本语法
  - 基于小脚丫STEP FPGA Base Board开发平台LED实现流水灯的功能，每个LED点亮时间为1秒

====工作原理====
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本设计为流水灯实验，我们需要结合使用的硬件平台实现[[STEP-Baseboard]]平台上的8个LED循环闪烁，每个LED灯点亮时间为1秒。

LED也叫发光二极管，属于二极管的一种，具有二极管的单项导电性，使用时需要给LED上施加正向压差，产生电流(一般在20mA以内，具体参考设计中使用的LED的参数)，点亮LED。

为了使每个LED点亮1秒的时间，我们需要一个1Hz的信号，因为硬件平台[[STEP-MXO2第一代]]上使用的晶振为25MHz，2^25 = 33554432 > 25000000，所以我们需要做一个位宽为25的计数器。计数器初值为0，当计数到24999999时，总共计数25000000，也就是1秒时间。

为了实现流水的效果，我们需要一个寄存器，寄存器的值不同控制着不同的LED点亮，而寄存器的值在每次计数器计数到24999999时改变，这样每隔1秒时间，寄存器的值改变，对应控制8个LED按照同一方向循环闪烁，就实现了流水灯的功能。




====硬件连接====
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结合实验平台[[STEP-Baseboard]]的硬件配置，我们使用8个LED灯作为流水灯的输出

{{:图10.LED模块电路连接.png|LED模块电路连接}}


====代码设计====
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===设计文件===

{{ :38译码器程序设计框图.jpg |38译码器程序设计框图}}

通过38译码器的原理及程序设计框图，我们不难发现这是一个比较简单的组合逻辑设计。

正如我们在原理及硬件连接中描述的，我们需要一路芯片使能端口、三路信号输入端口和八路信号输出端口。模块端口设计如下：

<code verilog>
module Decode38 
(
input Enable,
input [2:0] A_in,
output reg [7:0] Y_out
);
</code>

逻辑部分，当芯片使能信号无效时，输出全部置高，当芯片使能信号有效时，根据三路信号的输入状态译码控制八路信号输出。

<code verilog>
always@(A_in or Enable) begin
    if (Enable)
		case (A_in)
			3'b000: Y_out = 8'b11111110;
			3'b001: Y_out = 8'b11111101;
			3'b010: Y_out = 8'b11111011;
			3'b011: Y_out = 8'b11110111;
			3'b100: Y_out = 8'b11101111;
			3'b101: Y_out = 8'b11011111;
			3'b110: Y_out = 8'b10111111;
			3'b111: Y_out = 8'b01111111;
			default:Y_out = 8'b11111111;
		endcase
    else Y_out = 8'b11111111;
end
</code>

===测试文件===

测试文件中，我们要生成被测文件输入信号需要的激励，我们设计Enable信号每隔200ns（200个时间单位）进行翻转，三路信号输入为每20ns取随机值（$random）。

<code verilog>
reg Enable;
reg [2:0] A_in;
initial
	begin
		Enable = 1'b0;
		A_in = 3'b000;
	end
	
always Enable = #200 ~Enable;
always A_in = #20 $random;
</code>

引脚分配如下：

^ 管脚名称 | Enable| A_in[0]| A_in[1]  | A_in[2]  | Y_out[0]  |Y_out[1]  |Y_out[2]  |Y_out[3]  |Y_out[4]  |Y_out[5]  |Y_out[6]  |Y_out[7]  |
^ FPGA管脚 | P12| M13| M14  | N13  |B14  |C14  |E14  |F14  |G14  |J14  |K14  |L14  |
====仿真结果====

{{:38译码器仿真.jpg|38译码器仿真}}
====资源报告====

^ 资源 | 数量  | 比例  | 说明  |
^ LUTs | 8   | 1%   |   |	
^ 寄存器 | 0    | 0% |   |
^ 存储器 | 0  | 0%   |    |
^ IO管脚   | 12 |   |    |
^ 时钟频率 | 25MHz |   |    |

====知识点====

  * 组合逻辑


====参考文档====
  * {{:machxo2familydatasheet.pdf|Lattice MachXO2数据手册}}

====相关文档====

^ **文件名称**  | **功能** |
^ **[[Decode38.v]]** | **38译码器** |
^ **[[Decode38_test.v]]** | **测试文件** |