FPGA拨码开关控制流水灯（VHDL）
一、实验目的
1.根据FPGA 开发板资源设计拨码开关控制流水灯实验；
2.利用VHDL 语言自行设计拨码开关控制流水灯程序；
3.在FPGA 开发板上验证。
二、实验原理
FPGA 芯片外部输入的固定晶振时钟信号为40MHz，先进行降频，得到适合的同步时钟，完成拨码开关控制激励流水灯的流向。该功能模块，有5 个输入：时钟信号，复位信号，3 个拨码开关，3 个输出：3 个LED，功能框图为：
模块功能要求：
（1） Reset=0 时复位，Reset=1 时解除复位；
（2） 当拨码开关=111 时，流水灯从左到右跑2 遍后，自动改为从右到左跑1 遍，然后重复；
（3） 当拨码开关=000 时，流水灯从右到左跑2 遍后，自动改为从左到右跑1 遍，然后重复；
（4）在FPGA 实验板上验证时，人眼必须能观察到流水灯运行结果。
三、实验内容和步骤
1、自行安装 EDA 软件；
2、用 VHDL 语言自行编程设计时钟降频逻辑 ，拨码开关控制流水灯逻辑；
3、在 EDA 环境中实现语言综合、调试、下载验证。
四、实验仿真
- 硬件平台
FPGA 硬件管脚信息：
40MHz Clock 为 PIN_16
Reset 为 PIN_17
拨码开关为 PIN_27 PIN_28 PIN_31
LED 灯为 PIN_10 PIN_11 PIN_26
在FPGA 开发板上LED 位置，Reset 按键位置
2.软件仿真
----实验方法1，使用分频+case赋值
1. Library ieee;
2. use ieee.std_logic_1164.all;
3.
4. entity led_button is
5. port( clk:in std_logic;
6. -- f_out:buffer std_logic;
7. rst:in std_logic;
8. button : in std_logic_vector(2 downto 0);
9. led:buffer bit_vector(2 downto 0)
10. );
11. end led_button;
12. architecture behave of led_button is
13. signal cnt1:integer range 0 to 11 ;
14. signal cnt2: integer range 0 to 11;
15. signal q: integer range 0 to 40000000;
16. signal f_out: std_logic ;
17. begin
18.
19. P1:process(clk,rst)
20. variable ans: std_logic ;
21. begin
22. if rst =''0''then
23. ans:=''0'';
24. q<=0;
25. elsif(clk''event and clk=''1'') then
26. if q<=20000000 then ----周期
27. q<=q+1;
28. if q <= 10000000 then ----设置成可调占空比
29. ans := ''0'';
30. else
31. ans :=''1'';
32. end if;
33. else
34. q<=0;
35. end if;
36. end if;
37. f_out <=ans;
38. end process P1;
39.
40. P3:process(f_out,rst,button)
41. begin
42. if (rst = ''0'') then
43. cnt2 <= 0;
44. cnt1 <= 0;
45. led <= "000";
46. else
47. if (button="111") then
48. cnt2 <= 0;-------拨码开关111生效 就复位拨码开关000状态
49. if (f_out''event and f_out=''1'') then
50. cnt1<=cnt1+1;
51. if cnt1>=12 then
52. cnt1<=0;
53. end if;
54. end if;
55.
56. case cnt1 is
57. when 0=>led<="000";
58. when 1=>led<="100";
59. when 2=>led<="010";
60. when 3=>led<="001";
61. when 4=>led<="000";
62. when 5=>led<="100";
63. when 6=>led<="010";
64. when 7=>led<="001";
65. when 8=>led<="000";
66. when 9=>led<="001";
67. when 10=>led<="010";
68. when 11=>led<="100";
69. end case;
70. elsif(button="000") then
71. cnt1 <= 0;-------拨码开关000生效 就复位拨码开关111状态
72. if f_out''event and f_out=''1'' then
73. cnt2<=cnt2+1;
74.
75. if cnt1>=12 then
76. cnt1<=0;
77. end if;
78. end if;
79. case cnt2 is
80. when 0=>led<="000";
81. when 1=>led<="001";
82. when 2=>led<="010";
83. when 3=>led<="100";
84. when 4=>led<="000";
85. when 5=>led<="001";
86. when 6=>led<="010";
87. when 7=>led<="100";
88. when 8=>led<="000";
89. when 9=>led<="100";
90. when 10=>led<="010";
91. when 11=>led<="001";
92. end case;
93. else
94. cnt1 <= 0;
95. cnt2 <= 0;
96. led<="000";
97. end if;
98. end if;
99.
100. end process P3;
101.
102. end behave;
实验仿真：Verification/Debugging files——university program VWF。
1.File->new->university program VWF->OK打开仿真页面
2.edit->insert->insert node or bus或者直接双击左边空白地方弹出insert node or bus对话框。
3.node finder->list-> >> ->OK->OK
分频系数设置小一点，结果表现符合预期。
————————————————分割线————————————————————————
----实验方法2，使用分频+状态机+移位实现（尝试—没实现）（没FPGA用啦、仿真结果不太对劲）
1. Library ieee;
2. use ieee.std_logic_1164.all;
3. entity led_button is
4. port( clk:in std_logic;
5. rst:in std_logic;
6. button : in std_logic_vector(2 downto 0);
7. led:buffer bit_vector(3 downto 0));
8. end led_button;
9. architecture behave of led_button is
10. type st is (s0,s1);---状态机的定义，2个循环状态
11. signal state: st;
12. signal cnt:integer range 0 to 11 ;
13. signal q: integer range 0 to 40000000;
14. signal f_out: std_logic ;
15. begin
16. P1:process(clk,rst)
17. variable ans: std_logic ;
18. begin
19. if rst =''0''then
20. ans:=''0'';
21. q<=0;
22. elsif(clk''event and clk=''1'') then
23. if q<=20000000 then ----周期
24. q<=q+1;
25. if q <= 10000000 then ----设置成可调占空比
26. ans := ''0'';
27. else
28. ans :=''1'';
29. end if;
30. else
31. q<=0;
32. end if;
33. end if;
34. f_out <=ans;
35. end process P1;
36. P3:process(f_out,rst,button)
37. begin
38. if (rst = ''0'') then
39. cnt <= 0;
40. led <= "1000";
41. else
42. if (f_out''event and f_out=''1'') then
43. if (button="111") then
44. case state is
45. when s0 => led <= led ror 1;--循环移位，依次点亮
46. if cnt<=8 then
47. cnt<=cnt+1; --移两遍
48. else
49. state<=s1; --进入下一个状态
50. cnt<=0; --计数器复位
51. end if;
52. when s1 => led <= led rol 1;
53. if cnt<=3 then
54. cnt<=cnt+1; --仅仅移一遍
55. else
56. state<=s0; --进入下一个状态
57. cnt<=0; --计数器复位
58. end if;
59. end case;
60. elsif(button="000") then
61. case state is
62. when s0 => led <= led rol 1;--移位
63. if cnt<=8 then
64. cnt<=cnt+1;
65. else
66. state<=s1; --进入下一个状态
67. cnt<=0; --计数器复位
68. end if;
69. when s1 => led <= led ror 1;
70. if cnt<=3 then
71. cnt<=cnt+1;
72. else
73. state<=s0; --进入下一个状态
74. cnt<=0; --计数器复位
75. end if;
76. end case;
77.
78. else
79. led<="1000";
80. end if;
81. end if;
82. end if;
83. end process P3;
84. end behave;
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