Lattice MXO2: LED流水燈

在時鐘分頻實驗中我們練習了如何處理時鐘，接下來我們要學習如何利用時鐘來完成時序邏輯。

流水燈實現是很常見的一個實驗，雖然邏輯比較簡單，但是里面也包含了實現時序邏輯的基本思想。要用FPGA實現流水燈有很多種方法，在這里我們會用兩種不同的方法實現。
1，模塊化設計：在之前的實驗中我們做了3-8譯碼器和時鐘分頻，如果把這兩個結合起來，我們就能搭建一個自動操作的流水LED顯示。框圖如下：

2，循環賦值：這是一種很簡潔的實現流水燈效果邏輯，就是定義一個8位的變量，在每個時鐘上升沿將最低位賦值給最高位，其他位右移一位，這就實現了循環賦值。這8位輸出到LED就能實現流水燈。

模塊化設計是用硬件描述語言進行數字電路設計的精髓，代碼可重復利用。而且模塊化的設計使得程序的結構也很清晰。這里我們首先看看流水燈的模塊化設計。利用了之前的3-8譯碼器和分頻器，你需要把這兩個程序也拷貝到一個工程。

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// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
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// File name    : flashled.v
// Module name  : flashled
// Author       : STEP
// Description  : segment initial
// Web          : www.stepfpga.com 
// 
// --------------------------------------------------------------------
// Code Revision History : 
// --------------------------------------------------------------------
// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
// --------------------------------------------------------------------
// Module Function:流水燈的模塊化設計 
module flashled (clk,rst,led); 	
input clk,rst;						
	output [7:0] led;				 
         reg   [2:0] cnt ;                          //定義了一個3位的計數器，輸出可以作為3-8譯碼器的輸入         
         wire clk1h;                                //定義一個中間變量，表示分頻得到的時鐘，用作計數器的觸發                 
         //例化module decode38，相當于調用
        decode38 u1 (                                   
			.sw(cnt),                       //例化的輸入端口連接到cnt，輸出端口連接到led  
			.led(led)
			);         //例化分頻器模塊，產生一個1Hz時鐘信號		
        divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) u2 (         //傳遞參數
			.clk(clk),
			.rst_n(rst),                   //例化的端口信號都連接到定義好的信號
			.clkout(clk1h)
			);                                      //1Hz時鐘上升沿觸發計數器，循環計數		
        always @(posedge clk1h or negedge rst)
	     if (!rst)
		cnt <= 0;
	     else
		cnt <= cnt +1;         
		endmodule

模塊化設計結構清晰，verilog語言是很靈活的。對于流水燈還有一種很簡潔的實現方法。

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// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
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// File name    : flashled.v
// Module name  : flashled
// Author       : STEP
// Description  : segment initial
// Web          : www.stepfpga.com 
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// Code Revision History : 
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// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
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// Module Function:流水燈的模塊化設計 
    module flashled (clk,rst,led); 	
    input clk,rst;						
	output [7:0] led;				         
	wire clk1h;                                     //定義一個中間變量，表示分頻得到的時鐘，用作計數器的觸發                 
	//例化分頻器模塊，產生一個1Hz時鐘信號		
        divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) u2 (         //傳遞參數
			.clk(clk),
			.rst_n(rst),                   //例化的端口信號都連接到定義好的信號
			.clkout(clk1h)
			);                                      //1Hz時鐘上升沿觸發循環賦值
        reg [7:0] led;	
        always@(posedge clk1h or negedge rst)
	begin
		if(!rst)
			led <= 8'b11111110;            // <=為非阻塞賦值
		else 
			led <= {led[0],led[7:1]};      
			//當時鐘上升沿來一次，執行一次賦值，賦值內容是led[0]與led[7:1]重新拼接成8位賦給led，相當于循環右移
	end	
 endmodule

按照下面表格定義輸入輸出信號

配置好以后編譯下載程序。可以調整例化分頻器時傳遞的參數來調整流水燈的速度。

掌握了verilog里面例化module的用法，采用模塊化設計程序。模塊化設計是非常重要的FPGA設計思想。在下一節我們會學習按鍵的另外用法按鍵消抖。