本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。

本章将讲解流水灯的制作，在Cyclone IV开发板上依次点亮四个led灯，并以一定间隔亮灭，达到流水灯的效果。

一、什么是led灯？

DIP发光二极管（直插型）

图1. DIP发光二极管（直插型）

SMD发光二极管（贴片型）

图2. SMD发光二极管（贴片型）

LED灯就是发光二极管，二极管功能很多，在本实验中我们暂且将其看作是一个开关。二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。发光二极管在导通的时候发光，在没有导通的时候不发光。发光二极管有点像我们初中做的物理实验。单向开关串联一个灯泡，开关闭合的时候，电流流过灯泡，灯泡发光。开关断开的时候，灯泡也就不亮了。

二、Cyclone IV开发板

cyclone IV

图3. Cyclone IV开发板

在六位数码管右下方对应的就是四个led灯，在板卡上标注为LED0、LED1、LED2、LED3。

led原理图

图4. led在开发板上的原理图

四个led灯共阴极接地，所以需要高电平导通led灯。

三，流水灯模块设计

流水灯模块示意图

图5. 流水灯模块示意图

在这里插入图片描述

图6. led位宽

模块描述：输入信号分别为时钟信号和复位信号，设计一个计时器。每0.2s改变四个led的状态，同一时刻下只能有一只led亮，其余的led灭。最后通过移位寄存器输出信号给四个led灯。

注意：在基于FPGA的点亮led灯的实验中，已经讲解了项目的建立。所以本章中跳过建立项目的环节,直接上代码。Don't talk too much, show you the code!

四，工程代码

module 	led_test(
	input 	wire 		clk	 ,
	input 	wire 	 	rst_n,
	
	output 	reg [3:0]	led 
);


reg [25:0]	cnt;


always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
	if(!rst_n)begin
		cnt <= 26'd0;
	end 
	else if(cnt == 40_000_000 - 1)begin
		cnt <= 26'd0;
	end 
	else begin
		cnt = cnt + 1'd1;
	end 
end 

always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
	if(!rst_n)begin
		led <= 4'b0000;
	end 
	else if(cnt == 10_000_000 -1 )begin
		led <= 4'b0001;
	end
	else if(cnt == 20_000_000 -1 )begin
		led <= 4'b0010;
	end
	else if(cnt == 30_000_000 -1 )begin
		led <= 4'b0100;
	end
	else if(cnt == 40_000_000 -1 )begin
		led <= 4'b1000;
	end
	else begin
		led <= led;
	end 
end 
endmodule

在fpga中，除了编写程序，还有很重要的环节—仿真，不管是功能仿真或者是时序仿真，都是必不可少的。有做软件的同学，来到fpga就要转换之前show me the code的观念，还有simulation。

五、功能仿真

`timescale 1ns/1ns
module 	led_test_tb();

reg 		clk  ;
reg 		rst_n;

wire [3:0] 	led  ;
always #10 clk = ~clk;

initial begin
	clk       = 0;
	rst_n 	  = 0;
	#10 rst_n = 1;
	#1000 $stop;
end 

led_test	u_led_test(
.clk	(clk)  ,
.rst_n	(rst_n),

.led 	(led)
);
endmodule

注意：仿真的时候，将间隔0.2s改小，这样我们才能在1000ns内看到四个led灯的变化。

六、modelsim

设置测试文件

图7. 设置测试文件

选择测试文件面板

图8. 选择测试文件面板

在这里插入图片描述

图9. 添加测试文件面板

测试文件设置

图10. 测试文件设置面板

打开仿真

图11. 打开仿真

仿真结果

图12. 仿真结果

七，引脚分配

布局布线

图13. 引脚分配图

元件	管脚
LED0	G15
LED1	F16
LED2	F15
LED3	D16
KEY0	E15
KEY1	E16
KEY2	M16
KEY3	M15
CLOCK(时钟)	E1

表1. 引脚信息表

八，运行效果

流水灯

以上就是今天要讲的内容，本文介绍了流水灯的设计，在下一期课程中，将会增加按键信号，制作更为复杂的按键控制led灯。由于仿真不是本章节的重点，所以只演示仿真的过程，没有细讲，这并不代表仿真不重要。后期的作品会出一期单独讲解仿真的课程（功能仿真和时序仿真）。提醒：后期作品以实验名称命名。敬请期待，谢谢观看!

led流水灯