**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4个点灯的程序达到以下的目标:
- 体验LED的工作原理;
- 了解Verilog代码的结构和基本的语法规范
- 体会HDL语言中的bit和FPGA端口电信号的关系
- 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,只是要注意这些工具的使用方法和管脚的正确分配。
4. 开关控制LED的亮和灭
// ******************************************************************** // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< // ******************************************************************** // File name : LED_onoff_sw.v // Module name : led_onoff_sw // Author : STEP // Description : control 8 leds on and off with 4 push buttons and 4 switchs // Web : www.stepfpga.com // // -------------------------------------------------------------------- // Code Revision History : // -------------------------------------------------------------------- // Version: |Mod. Date: |Changes Made: // V1.0 |2021/09/15 |Initial ver // -------------------------------------------------------------------- // Module Function: use external button to control leds module LED (key,sw,led); input [3:0] key; // 4 push buttons input input [3:0] sw; // 4 switchs input output [7:0] led; // output control signals to 8 leds assign led = {key,sw}; //assign led signal values to 4 keys input + 4 switches input endmodule
Verilog语法说明:
- 规范的代码需要对该模块进行充分的注释说明,因此在此段代码的前部,我们增加了更详细的信息 - 文件名、作者、日期、简单的描述、版本号等等,这些信息对于代码的管理和控制是非常有必要的,因此要养成良好的习惯。我们硬禾实战营在学员的培训过程中专门制定了一套代码规范 - 硬禾实战营FPGA代码规范
- 虽然使用的输入输出端口多了,代码却变简单了,这是因为用到的信号都是可以成组进行定义和操作的,比如4个按键、4个开关和8个LED,只有三种不同性质的端口,而且这三种端口之间的逻辑关系非常清晰;
- 最后的assign语句中用到了拼接符{},key的4位和sw的4位拼接在一起,映射到led的8位上。
管脚分配如下:
将模块端口的16个信号分别分配给8个LED和4个按键、4个开关
将生成的JED文件下载到FPGA板以后的效果:
用开关和按键可以控制LED的on/Off, 正常开关和按键的状态都为高电平,8个LED都处于灭的状态,改变开关和按键的装填可以让LED亮起来,按键、开关和LED一一对应。
5. 开关控制LED的颜色组合
从逻辑的角度,这段代码跟第4节的代码没什么区别,用了一个三色LED灯代替8个单色的灯,目的是为了让大家通过实际的效果体会一下三色灯的颜色搭配。
代码见下:
// ******************************************************************** // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< // ******************************************************************** // File name : RGBLED.v // Module name : RGBLED_SW // Author : STEP // Description : control RGB LED with 3 switchs // Web : www.stepfpga.com // // -------------------------------------------------------------------- // Code Revision History : // -------------------------------------------------------------------- // Version: |Mod. Date: |Changes Made: // V1.0 |2021/09/15 |Initial ver // -------------------------------------------------------------------- // Module Function: Use 3 switches to control one RGB LED's on/off and color change。 module RGBLED_SW (sw,led); input [2:0] sw; //input control signals with 3 switchs output [2:0] led; //output signals to 1 RGB LED assign led = sw; //assign sw value to led endmodule
一颗RGB和3个开关被映射到端口信号上
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
6. 小结
通过4段代码,我们体验了对LED的开关控制以及最基本的Verilog语法要求和代码构成,以及开关和按键的控制差异,这为后期的输入输出控制、状态输出展示打下了基础。