《FPGA至简设计原理与应用》学习笔记——1位闪烁灯设计

明德扬吴老师

《FPGA至简设计原理与应用》学习笔记——1位闪烁灯设计

作者：一条咸鱼

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个人总结及感悟：对于学习本案例，首先要理解案例的顶层框架，再是理解框架下面的逻辑，最后才是理解代码。这一点对于自己动手写代码也很有帮助，毕竟写代码就是为了实现框架。再来说说本案例中的代码吧，本案例给出的代码对于刚接触FPGA的人也许会有“这代码写的太麻烦了吧！”“明明可以写成49_999_999的为啥要写成50_000_000-1呢？”之类的想法，这也是我刚接触明德扬的代码时的想法。后来接触多了，自己也开始用明得扬的代码规范写了一些代码，才慢慢觉得明德扬的代码规范挺好用的，写出来的代码也通俗易懂。而且这些代码也很方便移植与修改，对于实现某些相似的功能时也不用自己再重新写代码，可以直接拿过来再修改一下就行了。总的来说，要想学好FPGA需要从三个方面着手：1、框架；2、规范；3、动手做。这三个方面做好了，那以后自己做工程就成功一半了。

设计目标：使用一个LED灯，实现闪烁灯的功能。工作时钟50M，也就是时钟周期为20ns。输出低电平时，灯亮；输出高电平时，灯灭。

功能要求：隔1秒，亮N秒。N的变化是1，2，3，……，9秒。然后再次循环。

波形示意图：

顶层信号设计：工程共需要三个信号，时钟clk，复位rst_n和输出信号led。其中clk、rst_n是输入信号，led是输出信号，并且三个信号都是1比特的。

工程实现思路：从功能要求及波形图可知，需要一个计数器计数第N次，需要一个计数器计数第N次需要持续的时间。本工程设计两个计数器cnt0，cnt1。cnt0用于计数第N次需要持续的时间，cnt1计数第N次。第1次时，持续2秒；第2次时，持续3秒；第N次时，持续N+1秒。直至第9次结束，又从第1次开始循环。输出信号led同时满足cnt0计数器的计数开始信号add_cnt0的出现与cnt0计数到50_000_000-1这两个条件时变为低电平；在end_cnt0信号出现时变为高电平，意味着在第N次计数中第1秒内灯灭，其余时间灯亮。

代码实现：计数器cnt0

always@(posedgeclk or negedgerst_n)begin

if(rst_n)begin

   cnt0<=0;

end

else if(add_cnt0)begin

   if(end_cnt0)

       cnt0<=0;

   else

       cnt0<=cnt0+1;

end

end

assign add_cnt0 = 1;

assign end_cnt0 = add_cnt0&&cnt0==x-1;

因为cnt0需要不停的计数，永不停止，故计数开始信号add_cnt0一直为1。引入了变量x，x为要计数的个数。比较计数器cnt1的不同，从而赋予变量x不同的值。

cnt1计数器

always@(posedgeclk or negedgerst_n)begin

if(rst_n)begin

   cnt1<=0;

end

else if(add_cnt1)begin

   if(end_cnt1)

       cnt1<=0;

   else

       cnt1<=cnt1+1;

end

end

assign add_cnt1 = end_cnt0;

assign end_cnt1 = add_cnt1&&cnt1==9-1;

当计数器cnt0计数结束时的下一个时钟节拍里，使得cnt1计数加1。

led输出信号

always@(posedgeclk or negedgerst_n)begin

if(rst_n)begin

led<= 1;

end

else if(add_cnt0 && cnt0 ==50_000_000-1)begin

   led <= 0;

else if(end_cnt0)begin

   led <= 1;

end

end

led信号在第N次计数时，计数1秒后灯亮。

信号定义：always里面的信号需要定义为reg型；assign的信号需要定义为wire型。另外需要重点注意每个信号的位宽。

注意事项：具体编写代码过程中，需要注意以下三点。

1、 要注意计数器的计数结束条件，例如工作时钟是50M，计数1秒钟，那么计数范围就是0~49_999_999，千万要注意不能超出。

2、 代码一定要规范，不然过段时间可能连自己都看不懂。

3、 要注意各个信号的位宽。