“點(diǎn)燈”是我們板農(nóng)們拿到一塊板子后第一個(gè)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，正如軟件工程師嘗試新的語(yǔ)言必然會(huì)先寫出“hello world”一樣。

學(xué)習(xí)FPGA也不例外，不要小瞧這只小小的LED，它能在你學(xué)習(xí)的路上帶給你光明，引導(dǎo)一個(gè)門外漢跨進(jìn)可編程邏輯世界的大門！

作為“寒假在家一起練”的第二次直播講座，我們今天就基于1個(gè)LED做了1個(gè)多小時(shí)的分享，從創(chuàng)建第一個(gè)FPGA項(xiàng)目、寫下第一句Verilog代碼，到調(diào)用FPGA的IP Cores，體驗(yàn)了FPGA的設(shè)計(jì)流程以及Verilog的基本語(yǔ)法規(guī)范。

用的平臺(tái)是這款：

模塊MIcroUSB右側(cè)白色的小東東就是一只用FPGA的IO連接的LED，左側(cè)的一只是電源指示燈，只要板上電源工作正常它就能亮。而FPGA連接的LED則可以通過編程FPGA內(nèi)部的邏輯實(shí)現(xiàn)不同的狀態(tài)。

BTW，蘇老師所有的FPGA項(xiàng)目中最前面的幾行代碼肯定是一個(gè)每秒跳動(dòng)一次的“心跳燈”，看著它跳動(dòng)，心安。

先簡(jiǎn)單說一下點(diǎn)燈的要素 -LED點(diǎn)燈的工作原理：

LED的典型連接方式

燈亮以及燈亮?xí)r的亮度取決于下面的因素：

供電電源和控制管腳之間的壓差一定要大于LED的正向偏壓Vbias燈才能亮，否則是滅的。不同的器件，不同顏色的LED其偏壓也是不同的，要看數(shù)據(jù)手冊(cè)；

改變電阻值R1（我們一般稱之為限流電阻）， I = （3.3V-Vbias）/R1也就發(fā)生了變化，LED的亮度也跟著變；

已經(jīng)設(shè)計(jì)好的板子，限流電阻的值已經(jīng)可能動(dòng)態(tài)地改變，如果要調(diào)整LED的亮度，就要調(diào)節(jié)流經(jīng)LED和限流電阻上的平均電流；

項(xiàng)目1 - 讓LED燈亮起來：

創(chuàng)建項(xiàng)目一個(gè)新項(xiàng)目- LED

創(chuàng)建Verilog代碼 module（led），體會(huì)Verilog的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)；

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

編譯

分配管腳（查找管腳映射表，通過電路圖或項(xiàng)目中的表格）

生成jed文件

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下載到16管腳的FPGA模塊上

項(xiàng)目2 - 讓LED燈跳動(dòng)起來

在module的端口中添加clk的輸入信號(hào)

在verilog邏輯中通過計(jì)數(shù)分頻產(chǎn)生12M/223(～1.5Hz) 的周期信號(hào)，體會(huì)wire、reg的區(qū)別以及計(jì)數(shù)分頻的實(shí)現(xiàn)方法

module LED (clk_in,led);input clk_in;output led; reg [23:0] counter; always @(posedge clk_in) counter = counter + 1'b1; assign led = counter[23]; endmodule

編譯

分配管腳中補(bǔ)充新的clk管腳

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下載到16管腳的FPGA模塊上

項(xiàng)目3 - 讓LED燈每秒剛好跳動(dòng)1次

修改Verilog邏輯，能夠產(chǎn)生精準(zhǔn)的1Hz的周期信號(hào)，體會(huì)偶數(shù)分頻乃至奇數(shù)分頻的實(shí)現(xiàn)方法

module LED (clk_in,led);input clk_in;output led; parameter T1S = 12_000_000;parameter T05S = T1S/2; reg [23:0] counter; always @(posedge clk_in) begin if(counter < T1S-1) counter <= counter + 1'b1; else counter <= 1'b0; end assign led = (counter < T05S); endmodule

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下載到16管腳的fpga模塊上，對(duì)比結(jié)果

項(xiàng)目4 - 心跳加速會(huì)如何？- 50Hz的心跳燈

修改verilog邏輯，產(chǎn)生50Hz的周期信號(hào)

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下載到16管腳的fpga模塊上，LED亮度變化，視覺暫留的效果，可以通過調(diào)節(jié)占空比控制LED的亮度（PWM），亮度與占空比（平均電流）非線性

單色的LED - 通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比調(diào)節(jié)LED的亮度

3色的LED - 通過調(diào)節(jié)每種顏色的LED的亮度實(shí)現(xiàn)不同的顏色組合

項(xiàng)目5 - 體驗(yàn)內(nèi)部鎖相環(huán)的使用以及內(nèi)部IP Core的調(diào)用方式

添加PLL的IP

修改Verilog邏輯，通過PLL輸出的時(shí)鐘，產(chǎn)生1Hz的周期信號(hào)

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下載到16管腳的fpga模塊上

其實(shí)還有更多可玩的，時(shí)間關(guān)系就讓同學(xué)們自己去琢磨和體驗(yàn)去了，比如：

“呼吸”燈 - 通過PWM來實(shí)現(xiàn)呼吸的效果

“流水”燈 -多只LED組合，通過邏輯編程可以實(shí)現(xiàn)炫酷的效果（1維）

“交通”燈 - R、G、B三色組合，通過狀態(tài)機(jī)的編程模擬道路交通燈的工作狀態(tài)

數(shù)碼管 - 其實(shí)也是幾根LED組合在一起的顯示器件

點(diǎn)陣LED屏 - 體會(huì)圖形化顯示的基本原理

一顆LED才幾分錢，但可以玩出很多花樣，可以鍛煉很多技能，是不是？

原文標(biāo)題：通過點(diǎn)燈的邏輯體驗(yàn)FPGA的編程流程以及Verilog語(yǔ)法基礎(chǔ)

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責(zé)任編輯：haq