one_led [小脚丫STEP开源社区]

这是本文档旧的修订版！

点亮LED

就像软件编程里的“Hello World”，点灯是FPGA学习的第一步，不要小瞧这么一颗小小的灯，点灯的方式可以有多种。在本节，我们通过几个点灯的程序达到以下的目标：

体验LED的工作原理；
了解Verilog代码的结构
体验FPGA设计从创建工程 –》输入代码 –》逻辑综合 –》分配管脚 –》生成可下载的JED文件 –》配置FPGA整个过程（理论知识参见FPGA设计流程）

在本实例中，我们以Web IDE为例，同样的示例也可以通过Lattice的官方FPGA设计工具Diamond或Intel的官方设计工具quartus_prime来实现。

1. 硬件说明

在这个实验中，我们主要用到小脚丫FPGA开发板上的以下几个外设：

板上有8个LED灯，可以选用其中的任何一个做单LED的实验

这是开发板上的8个红色LED，LED1~8信号连接到FPGA的引脚，作为FPGA输出信号控制。当FPGA输出低电平时LED变亮，当FPGA输出高电平时LED熄灭。

板上有4个按键和4个开关，用做输入控制

这是开发板上4个按键和4个开关，Key1~4是按键控制信号，SW1~4是开关控制信号，都连接到FPGA的引脚，作为FPGA的输入信号。当按键断开时，FPGA输入为高电平，当按键按下时，FPGA输入为低电平；当开关断开（OFF）时，FPGA输入为低电平，当开关合上（ON）时，FPGA输入为高电平。

所以我们可以用开关或者按键来控制LED的亮灭。

2. 点亮一颗LED

根据Web IDE的使用流程介绍，我们先创建一个叫oneledonoff的工程，并在该工程里面创建一个叫oneledon.v的代码（代码名字跟工程的名字不需要一致）：

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

这段代码可以说是最简单的一段Verilog程序了，从这段程序中可以看出Verilog语言的基本结构

以module（模块）开始，endmodule结束的一段程序为描述某一项功能的基本单元，类似软件里面的子程序;
每个模块都有其名字，建议用贴切含义的英文来命名（比如本示例里面的oneledon)，可读性强，也不会出现莫名其妙的编译错误;
每个模块都有用()包裹起来的端口 - 跟其它模块或FPGA的外围电路打交道的输入输出信号，在本示例只用了一个端口led，因此()中只有一个端口的名字；
对每一个端口的属性进行定义 - 是输入还是输出，是导线wire类型，还是存储器reg类型，在这里只用了一个输出端口led，对其属性“output”进行了定义，指定其为输出信号；
定义完端口，就开始逻辑的主体，在这里也很简单，只是让led这个管脚信号为低电平，使用assign语句 - assign led = 1'b0, 1’b0表示为一位的数字，而且值为“0”

点击Web IDE的第二个功能键“逻辑综合”，系统会自动将你写好的Verilog代码进行综合，如果没有语法错误，则给你一个Success的信息，你就可以走到下一步 - “管脚”了。我们的Web IDE会根据你写好的module自动提取输入输出管脚的名字，你只要使用鼠标，通过图形化的界面将这些module里的端口信号的名字映射到相应的管脚上即可，在这里我们将led映射到板子上的第三个led，鼠标指向led3，其右侧会弹出一个向下的箭头，点击该箭头，就可以看到led的名字了（如果多个端口还没有分配管脚，这些未分配的端口信号的名字会出现在列表中），选中led，完成映射

在“管脚分配”里将第三颗LED配置为亮（ON），分配了管脚的地方会亮起来

点击“FPGA映射”，系统会自动根据你分配好的管脚执行，生成JED文件，如果没有错误，会列出一堆的信息后，告诉你生成了jed的文件，在这段信息中也会有详细的资源使用报告，这些资源报告的信息也是很重要的，未完成同样一个功能，不同的人写出来的逻辑占用的资源也是不同的。

这时候您可以点击“文件下载”，选择第二个按钮“下载JED文件”，鼠标右键 –》另存为。。。指向到StepFPGA的盘即可完成对FPGA的下载编程。

配置到FPGA以后的效果，第三颗LED灯亮

3. 点亮多颗LED

正如上所述，我们小脚丫FPGA板上有8颗LED和2颗3色LED，总计8+6=14颗，我们通过逻辑让某些灯亮，某些灯灭，看看代码如何写，实际的效果如何？比如：

8颗LED灯中的1、2、5、6、8亮
第一个RGB灯中的绿色灯亮
第二个RGB灯中的蓝色灯亮
其它灯都关掉

代码如下：

module one_led_on(led, led_r1, led_g1, led_b1, led_r2, led_g2, led_b2);
output [7:0] led;                // define 8 led signals to be output 
output led_r1, led_g1, led_b1;
output led_r2, led_g2, led_b2;
 
assign led_r1=1'b1;              // set signal of this pin = 1 to turn off the led connected to this pin
assign led_g1=1'b0;              // make the green led on
assign led_b1=1'b1;
 
assign led_r2=1'b1;              
assign led_g2=1'b1;
assign led_b2=1'b0;              // make the blue led on
 
assign led = 8'b01001100;         // set bit 7, 5, 4, 1, 0 = 0 to make led 8, 6, 5, 2, 1 on  
 
endmodule

管脚分配图如下：

8颗单色的LED和两颗的3色LED都被分配了管脚

下载到小脚丫FPGA板子上，实际的效果验证

将JED文件下载到FPGA板子以后的效果

2. Verilog代码

// ********************************************************************
// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
// ********************************************************************
// File name    : LED.v
// Module name  : LED
// Author       : STEP
// Description  : control LED
// Web          : www.stepfpga.com
// 
// --------------------------------------------------------------------
// Code Revision History : 
// --------------------------------------------------------------------
// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
// --------------------------------------------------------------------
// Module Function:利用按键和开关的状态来控制LED灯的亮灭。
 
module LED (key,sw,led);
 
	input [3:0] key;						//按键输入信号
	input [3:0] sw;							//开关输入信号
	output [7:0] led;						//输出信号到LED
 
	assign led = {key,sw};                                          //assign连续赋值。大括号是拼接符，表示把key和sw拼接组成一个新的8位数赋值给led
 
endmodule

3. 引脚分配

综合(synthesize)完成之后一定要配置FPGA的引脚到相应的外设，这样下载FPGA程序后才能达到我们想要的效果。

4. 小结

下载完程序后就可以实现按键开关控制LED灯的亮灭。了解小脚丫STEP-MXO2 V2上的外设LED、按键和开关的使用。如果你对Diamond软件的使用不了解，请参考这里：Diamond的使用。

**这是本文档旧的修订版！**