**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:

  1. 体验LED的工作原理;
  2. 了解Verilog代码的结构和基本的语法规范
  3. 体会HDL语言中的bit和FPGA端口电信号的关系
  4. 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

分配一下管脚:

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。