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前言
通过前面一章LED呼吸灯的实验，我们已经基本上了解了LED灯的物理特性，也对利用FPGA控制LED灯有了初步的了解，那么这一篇文章就是在上一篇的基础上增加了一些小的功能，不仅需要实现LED灯的亮灭，还要有规律的亮灭，实现多个LED灯的流水灯效果。
一、LED流水灯实验
1.实验目的
实现开发板上4个LED灯顺序点亮并熄灭，循环往复产生流水的现象。
2.程序设计
由于二极管的阳级分别与FPGA相应的管脚相连，只需要改变与LED灯相连的FPGA管脚的电平，LED灯的亮灭状态就会发生改变。当FPGA管脚为高电平时，LED灯点亮；为低电平时，LED灯熄灭。
根据人的视觉暂留效应，这里我们让流水灯每隔0.2s变化一次，如果变化时间太快，人眼就不能捕捉到流水灯的视觉效果了。
流水灯模块代码如下：
/*========================================*
filename : flow_led.v
description : led流水灯实验
time : 2022-11-08
author : 卡夫卡与海
*========================================*/
module flow_led(
input clk ,//系统时钟 50MHZ
input rst_n ,//系统复位
output reg [3:0] led //4个LED灯
);
//参数定义
parameter TIME_200ms = 24'd10_000_000;//计数0.2s
//信号定义
reg [23:0] cnt_200ms ;//计数器,计数200ms
//cnt 计算器对系统时钟计数，计数200ms
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
cnt_200ms <= 24'd0;
end
else if(cnt_200ms == (TIME_200ms - 1))begin
cnt_200ms <= 24'd0;
end
else begin
cnt_200ms <= cnt_200ms + 1'b1;
end
end
//通过移位寄存器控制IO口的高低电平，改变LED的显示状态
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
led <= 4'b0001;
end
else if(cnt_200ms == (TIME_200ms - 1))begin
led[3:0] <= {led[2:0],led[3]};
end
else begin
led <= led;
end
end
endmodule测试模块代码如下：
`timescale 1ns/1ns //定义仿真时间单位1ns和仿真时间精度1ns
module flow_led_tb(); //测试模块
reg clk ;//时钟信号
reg rst_n ;//复位信号
wire [3:0] led ;
//参数定义
parameter CYCLE_CLOCK = 20;//时钟周期为20ns
parameter RST_TIME = 40 ;//复位时间定义
//产生时钟
initial begin
clk = 1'b0;
forever
#(CYCLE_CLOCK/2)
clk = ~clk;
end
//产生复位
initial begin
rst_n = 1'b0;
#(RST_TIME);
rst_n = 1'b1;
#10000;
$stop;
end
//模块例化
flow_led u_flow_led(
/*input */.clk (clk ),//系统时钟 50MHZ
/*input */.rst_n (rst_n),//系统复位
/*output reg [3:0] */.led (led ) //4个LED灯
);
endmodule说明：
本程序的系统时钟为50MHZ，一个周期为20ns。
每当计数器计数到10-000-000时，将各个LED灯状态左移一位，并将最高位的值移到最低位，循环往复，在其他时间段内，LED灯的状态保持不变。且LED灯的初始值必须有一位为1，其他为是0，这样在循环左移的过程中才能呈现出流水灯的效果。
3.仿真验证：
仿真波形如下：
这里为了减少仿真过程中所需要的时间，我把流水灯变化的时间改为了100ns变化一次。从Modelsim的仿真波形来看，LED灯的变化顺序为0001→0010→0100→1000，符合我们预想的效果。
总结
到此为止，LED灯的基本实验及内容就是这些了，感兴趣的小伙伴还可以利用LED灯去做更加复杂的逻辑控制，但是需要一个清晰的思路，那样会事半功倍，在有必要的时候还可以画一画时序图，最后看看仿真出来的时序图是否与你所画的时序图匹配。