1基礎(chǔ)理論部分

1.1分頻

分頻，是的，這個(gè)概念也很重要。分頻是指將一單一頻率信號(hào)的頻率降低為原來的1/N，就叫N分頻。實(shí)現(xiàn)分頻的電路或裝置稱為“分頻器”，如把33MHZ的信號(hào)2分頻得到16.5MHZ的信號(hào)，3分頻得到11MHZ的信號(hào)，10分頻得到3.3MHZ的信號(hào)。

分頻主要是相對(duì)于主晶振來說，用不到那么高的頻率，開發(fā)板一般根據(jù)具體需要會(huì)加入晶振，一般若是功耗較高可選用50MHz，其他情況可以相對(duì)調(diào)整，如24MHz等等。那么分頻的典型應(yīng)用，二分頻，四分頻，八分頻，還有任意分頻。

對(duì)于分頻，我們可以利用quartus ii 自帶的PLL進(jìn)行分頻，這樣會(huì)占用一定的資源，也可以利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)一定的分頻，注意，FPGA中不同于其他的CPU，沒有計(jì)時(shí)器的概念，只有計(jì)數(shù)器。

1.2 LED

LED（light emitting diode），發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化成可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)換成光?？梢杂迷陔娐芳皟x器中作指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示等。有不同化合物制成的二極管如砷，鎵，磷等化合物制成，不同的化合物組合會(huì)顯示不同顏色的光。

在設(shè)計(jì)LED的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，不能直接接到3.3V或者5V來點(diǎn)亮，LED有額定電流，超過這個(gè)額定電流，LED就會(huì)燒掉，反接也會(huì)燒掉。一般的LED的額定電流從10mA~1A不等。FPGA開發(fā)采用的LED主要是貼片0805或者0603等，額定電路一般從10mA~30mA.

1.3 74HC595

開發(fā)板上面的LED控制是用串入并出/串出的移位寄存器74HC595芯片，芯片在電路中的接入情況如圖5.1所示,實(shí)物圖如圖5.2所示。其中MR引腳直接接高電平，不進(jìn)行復(fù)位。串出引腳9不接，不進(jìn)行串出引腳的使用。輸出使能引腳13直接接地，手冊(cè)上建議。11和12引腳分別為移位寄存器時(shí)鐘輸入和存儲(chǔ)時(shí)鐘輸入，分別引出。

圖5.1 LED部分電路圖

圖5.2 實(shí)物圖

2 verilog代碼實(shí)現(xiàn)部分

2.1 74HC595 控制部分

14行定義了一個(gè)全局參數(shù)WIDTH = 8，用來控制程序下面所有的有關(guān)于數(shù)量的使用。

59行和60行分別定義了時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)鐘使能信號(hào)，其中時(shí)鐘信號(hào)sclk時(shí)鐘周期前半段為低電平，后半段為高電平，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的中間采樣，時(shí)鐘使能信號(hào)led_time可以控制數(shù)據(jù)和時(shí)鐘對(duì)齊。48行的state是一個(gè)狀態(tài)改變的寄存器，只要數(shù)據(jù)一更新，state就有效。

75行定義了update_input信號(hào)用來檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)的變化。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換部分，在case語句中先檢測(cè)state的初始位，然后進(jìn)入循環(huán)操作，檢測(cè)update_input是否使能，使能更新state，不使能保持state，更新后開始輸出位數(shù)計(jì)數(shù)器led_cnt的計(jì)數(shù)

在121到123行，對(duì)輸出的三路信號(hào)進(jìn)行了約束限制，這種方法值的借鑒，在用不到時(shí)不輸出信號(hào)，用到時(shí)輸出信號(hào)，最大量的節(jié)省時(shí)鐘。Led_data_out是先從高位輸出到低位。

2.2 LED數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分

在模塊聲明處，仍舊使用全局定義變量，控制模塊中常量的使用。

計(jì)數(shù)模塊，產(chǎn)生時(shí)鐘使能信號(hào)。

Reg型變量Led_out_cnt是用來控制LED變化， 每當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)使能開始計(jì)數(shù)，板卡上面一共有8個(gè)LED，所以計(jì)數(shù)8個(gè)即可。

LED解碼部分，通過上面的led_out_cnt信號(hào)進(jìn)行解碼，控制LED的流水操作。

3 modelsim驗(yàn)證部分

3.1 led_generate 模塊仿真

43行產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，通過PERIOD進(jìn)行周期控制。49~51產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，當(dāng)時(shí)鐘兩次下降沿后復(fù)位信號(hào)拉高。56行用來監(jiān)測(cè)led_out輸出的時(shí)間，生成的腳本文件如圖5.3所示。

圖5.3仿真波形

圖5.4是利用腳本文件生成，可以觀察到實(shí)現(xiàn)了流水功能，且時(shí)間間隔1s；

圖5.4 腳本生成文件

3.2 led_74HC595 模塊仿真

前半部分和上述都一樣，可以作為固定部分，大家可以自行復(fù)制即可。59行到63行增加了系統(tǒng)輸入信號(hào)初始化部分。在輸入信號(hào)輸入前，最好最安全就是進(jìn)行一次初始化。

75行到87行是對(duì)輸入進(jìn)行模擬輸入，并監(jiān)測(cè)led_data-out信號(hào)，輸出的結(jié)果如圖5.5所示，由圖可以看到時(shí)間間隔為120ns。

圖5.6是仿真波形，可以看到時(shí)鐘led_sclk每次采樣在輸入信號(hào)的正中間位置，最大程度保證采樣可靠。

圖5.5 腳本文件

圖5.6 仿真波形