FPGA流水燈

LED的驅動及流水燈實驗：

一、 實驗目的與要求

​ 實驗目的與要求：讓使用者進一步了解、熟悉和掌握FPGA開發軟體QuartusⅡ的使用方法以及VHDL的程式設計方法；同時了解簡單時序電路的設計和硬體測試方法。

二、實驗裝置

1. SmartSOPC+實驗箱
2. 裝有QuartusⅡ的PC機
3. JTAG下載下傳器

三、實驗内容

​ 在LED1~LED8引腳上周期性地輸出流水資料，若原來輸出的資料是111100則表示點亮LED1、LED2。流水輸出一次後,輸出資料應該為1111000, 而此時則應點亮LED1 ~LED3三個LED發光二極管,這樣就可以實作LED流水燈。為了觀察友善，流水速率最好在2Hz左右。在QuickSOPC核心闆上有一48MHz的标準時鐘源,該時鐘脈沖CLOCK與晶片的28腳相連。為了産生2Hz的時鐘脈沖,在此編寫一個分頻程式，通過修改分頻系數來變改輸出頻率。當分頻系數為24X100時,輸出即為2Hz的頻率信号。

四、實驗步驟

1. 啟動Quartus9.0建立一個空白工程，然後命名為led_flash.qpf。

• 建立工程

• 點選next輸入檔案資訊

• 建立VHDL程式檔案

  建立檔案

  

  選擇VHDL

  

• 建立完成：

• 按名稱儲存

1. 建立VHDL源程式檔案vhd檔案，編寫程式代碼并儲存（注意第一個實體必須和檔案名稱一緻） ,然後進行綜合編譯。若在編譯過程中發現錯誤，則找出并更正錯誤，直至編譯成功為止。

1. 編譯完成後将晶片引腳配置設定

• 打開引腳配置設定

• 變量名對應IO口

• 多餘的IO口要設定三态輸入保護晶片（如下三步走）

打開DEVIEC

點開Pin設定，找到多餘引腳點開

選擇三态輸入

1. 編譯完成最後将Altera ByteBlaster Il下載下傳電纜的兩端分别接到PC機的列印機并口和QuickSOPC核芯闆上的JTAG下載下傳口上，打開電源，執行下載下傳指令,把程式下載下傳到FPGA器件中。此時,即可在SmartSOPC實驗箱上看到流水燈。

• 點選下載下傳按鍵

• 按照以下四步下載下傳程式，此處我沒有連接配接試驗箱

選擇檔案

點選下載下傳

五、設計程式

程式設計分為兩個部分：

1. 第一部分：根據48M時鐘信号輸入引腳clk來做分頻，配置每個計數的間隔時間。

   時鐘分頻代碼：

process(sys_clk)
		variable num: integer range 1 to 24000000;
	begin
		if rising_edge(sys_clk) then
			if num=24000000
				then num :=1; clk<=not clk;
				else num :=num+1;
			end if;
		end if;
	end process;
           

1. 第二部分：對分頻後的跳變進行計數，根據計數的數目，來改變LED引腳的輸出狀态，此處我采用的是使用case選擇語句，在每個計數周期到來時，對數字count進行計數，count範圍0-7，依次循環，case根據判斷結果輸出led電平。

   計數代碼：

process(clk)
		variable n:integer range 0 to 7;
	begin
	
	if rising_edge (clk) then
		if n=7 then n:=0;
			else n:=n+1;
		end if ;
	end if;
           

​ case選擇判斷代碼:

case n is
		when 0=>led<="01111111";
		when 1=>led<="10111111";
		when 2=>led<="11011111";
		when 3=>led<="11101111";
		when 4=>led<="11110111";
		when 5=>led<="11111011";
		when 6=>led<="11111101";
		when 7=>led<="11111110";
		when others=>led<="11111111";
	end case;
           

六、實驗結果及分析

運作圖像：

分析：

程式下載下傳之後8個LED輪流點亮，符合預期效果。

七、程式連結：

1. Gitee
2. Github