点亮LED灯例程讲解

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根据多年工作经验，总结出的FPGA的设计流程，概括起来总共有以上12步，其中根据项目难易度可省去其中一些步骤。比如非常简单的项目，我们可以省去虚线框里面的步骤，但是我们的入门级课程，即使再简单，也按照这12个步骤来进行讲解。

1.需求解读

1.1 需求

实现点亮一个LED灯（D2）。

1.2 知识背景

LED灯简介
LED，又名发光二极管。 LED灯工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光），抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长。由于这些优点， LED灯被广泛用在仪器仪表中作指示灯、液晶屏背光源等诸多领域。不同材料的发光二极管可以发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白这八种颜色的光。如下图所示：

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图2.插件LED灯这种二极管长的一端是阳极，短的那端是阴极。开发板上板载的是贴片LED灯，实物如下图所示：

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图3.贴片LED灯贴片发光二极管的正面一般都有颜色标记，有标记的那端就是阴极。发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性。给它加上阳极正向电压后，通过 5mA左右的电流就可以使二极管发光。通过二极管的电流越大，发出的光亮度越强。不过我们一般将电流限定在3~20mA之间，否则电流过大就会烧坏二极管。

1.3 硬件设计

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图4.LED灯原理图及PCB 发光二极管的原理图如上图所示， LED1到LED8这8个发光二极管的阳极都连到3.3V上，阴极分别与FPGA相应的管脚相连。原理图中LED与地之间的电阻起到限流作用。通过原理图我们可以看出，LED1与FPGA的管脚 L12相连。在PCB图或实物上我们都标注出了管脚号，所以在绑管脚的时候可以不用看原理图，直接看板上的丝印就可以，如上图PCB图所示。我们只点亮一个LED灯（LED1），那我们只用关心LED1的管脚号（L12）。当管脚L12 输出低电平时，LED灯便有电流流过，驱动LED灯发光，如果L12输出高电平，LED灯没有电流流过，LED不发光。

1.4 接口说明

信号名	方向	FPGA管脚号	说明
LED0	输出	L12	与LED灯相连，低电平LED灯亮

总结：通过上述说明，可以将需求解读成，只要将FPGA的L12管脚置为低电平，即可以点亮D2这个LED灯。

2. 绘制理论波形图

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图5. 逻辑框图

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图6 理论波形

3.新建TD工程

为了让工程看起来整洁，同时方便工程移植。我们新建4个文件夹，分别是Project，Source，Sim，Doc。
Project — 工程文件夹，里面放的TD工程
Source — 源代码文件夹，里面放的工程源码（.v文件或.vhd文件）
Sim — 仿真文件夹，里面放的仿真相关的文件
Doc — 存放相关资料，比如数据手册，需求文档等

4.编写代码

///
//QQ:3181961725
//TEL:13540738439
//作者：Mr Wang
//模块介绍：点亮LED灯
///
module led_on(
   output led 
   );
   assign	led=1'b0;
endmodule

5.编写仿真测试激励文件

`timescale 1ns/1ps
module led_on_tb;
   wire led;
   //例化被仿真模块
   led_on Uled_on(
   .led	(led)
   );
endmodule

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图7. 仿真逻辑框图

6.Modelsim仿真

这个例程非常简单，只用了一条语句，所以不需要仿真验证。但是为了给大家演示一个完整的开发流程，这个实验我们也新建一个仿真工程，从最简单的一个代码开始教大家如何编写仿真激励文件以及如何使用Modelsim软件进行仿真。将第三步编写的源码和第四步编写的仿真测试激励文件一起加入到Modelsim仿真工程中，即可进行仿真观察波形。
Modelsim仿真一般有两种方法：

图形化界面仿真，即所有的操作都是在Modelsim软件界面上来完成，该方式的优点是，简单易学，适用于简单的项目，缺点是操作步骤繁琐。
批处理仿真，这种方式在仿真前需要编写相应的脚本文件，该方式的优点是，一键即可完成仿真，省时省力，缺点是前期需要编写脚本文件。为了让大家所学的能够很快的应用到工程实践，仅仅第一个实验和第二个实验，采用图形化界面仿真，后面的实验均采用批处理方式仿真。

图形化界面仿真步骤：
1.新建工程，file–>new–>Project

2.填写工程名以及指定仿真工程存放路径