使用FPGA点亮LED的多种方法讲解

Posted 2022-02-01 恒星QRS

FPGA点亮LED的多种操作方法

LED的硬件链接

对于嵌入式而言，要想实现预计的功能就必须了解硬件上的连接，在这里使用的是alter的EP4CE10F17C8这款芯片，其LED连接情况如下。

上图为LED与FPGA芯片的连接方式

上图为LED的连接方式，在图中可以看出，LED的正极都连到了同一个3.3V上，这种连接方式称为共阳极连接。相反的就存在共阴极连接，如下图：

在这里我们主要分析共阳极连接，由于所有的LED正极都连接着3.3V的电源，所以我们只需要给LED的负极接入一个低电平，那LED就可以点亮，所以需要点亮的LED芯片管脚需要输出低电平。同理可得：共阴极连接需要在芯片管脚输出高电平。在了解了硬件连接后，我们开始编写代码。

点亮代码

方法一：

module led(
	output led0,			//定义第一个LED灯
	output led1,			//定义第二个LED灯
	output led2,			//定义第三个LED灯
	output led3				//定义第四个LED灯
);

assign led0 = 0;			//将第一个LED灯所连接到的芯片引脚置于低电平
assign led1 = 0;			//将第二个LED灯所连接到的芯片引脚置于低电平
assign led2 = 0;			//将第三个LED灯所连接到的芯片引脚置于低电平
assign led3 = 0;			//将第四个LED灯所连接到的芯片引脚置于低电平

endmodule 

在这里定义LED0-3的输出电压全部都为低电平，特别提示，在代码中二进制的0代表低电平，通常位0V；1代表为高电平，通常为3.3V。代码经过编译后我们进行管脚锁定。

管脚如我们在上面提到的一样去分配；接下来我们去烧录，我们就可以得到结果

在讲第二种编写方式前，我们先查看一下这种编写方式的RTL，打开方式如下：

我们打开后查看RTL图发现，这种方式的编写没有任何寄存器，而是将输入直接给到了输出。

方法二

module led(
	input 	wire clk,			//定义一个时钟，一般情况下为50MHz
	input 	wire rst_n,			//复位信号，高电平有效
	output 	reg  led0,			//定义第一个LED灯
	output 	reg  led1,			//定义第二个LED灯
	output 	reg  led2,			//定义第三个LED灯
	output 	reg  led3			//定义第四个LED灯
);

always@(posedge clk or negedge rst_n)		//定义一个触发器，posedge clk表示clk为上升沿触发，negedge rst_n表示rst_n为下降沿触发
if(!rst_n)begin  									//高电平复位
	led0 <= 1;										//初始化LED管脚输出
	led1 <= 1;										//初始化LED管脚输出
	led2 <= 1;										//初始化LED管脚输出
	led3 <= 1;										//初始化LED管脚输出
end 
else begin 
	led0 <= 0;										//LED管脚输出置0，输出高电平，点亮LED
	led1 <= 0;										//LED管脚输出置0，输出高电平，点亮LED
	led2 <= 0;										//LED管脚输出置0，输出高电平，点亮LED
	led3 <= 0;										//LED管脚输出置0，输出高电平，点亮LED
end 

endmodule 

同样的在编译后分配引脚上板后任然可以点亮，查看RTL图，RTL将会变为下图所示

在图中，我们发现，每一个LED的信号在输出的前面都多加了一个触发器，在模电中，第一种方法产生的电路叫做逻辑电路，不受时间的影响，第二种的叫做时序电路，它有严格的时序要求，在FPGA的后续研究中，多数都是以时序逻辑去分析的，所以这里必须掌握的很好。

方法三

module led(
	input wire clk,
	input wire rst_n,
	output reg[3:0] led
);

always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
	led <= 4'b1111;
else 
	led <= 4'b0000;

endmodule

在进行管脚分配时需要特别注意下，此时的变量变为了led[0]…，在这里我们只需要将他理解为四个led中的第一个既可以。

验证上板后任然是可以点亮的，这时我们在查看RTL图

多个触发器变为了一个，这样可以大大的减少逻辑资源。而且这类方法在后面的流水灯中也有着较大的作用，可以大大较少流水灯的代码冗余度。

总结

到这就大致讲完了LED的点亮，如有问题，还请指出，代码复制后不能达到预计效果，也可以联系我，我将尽我所能的帮助你。