Tiny ZYNQ板工程二用ZYNQ的PL(FPGA)设计流水灯 v1.1

工程1完整的介绍了一个工程从创建到编译综合，最终到程序运行的全过程，本工程在工程一的基础上进一步深化，以流水灯的形式分时点亮两个LED灯

备注此文针对1.1及以上版本硬件，如果是v1.0的硬件请看对应的工程

本文在 vivado2018.3版本上演示，其他版本请自行研究

1.原理图分析

LED灯：从下面电路图可以看出两个信息

1）两个个LED灯的阴极接的GND，则FPGA接LED的管脚输出为高电平，LED灯点亮，FPGA接LED的管脚输出为低电平 LED 熄灭

2）LED灯分别接到主芯片（PL）部分的D18,F20两个管脚上

按键：板子上有两个按键，我们用板子上连个按键的其中一个(KEY1)充当复位功能（一般正常的工程都需要一个复位键，也可以像工程一那样没有复位键）

2.程序设计

LED的驱动方式有很多种

1）直驱方式，比较简单如下

module LED(

    output LED1,
    output LED2
);
assign LED1=1'b0;
assign LED2=1'B1;

    
endmodule

这种方式相当于把LED的输出口直接通过assign 方式内部连接到 VCC，和GND上，如上面代码中LED1连接到了GND，处于熄灭状态，LED2连接到了内部的VCC上处于点亮状态

这个代码比较简单所以不作展开

2）接下来介绍一种用计数器来分别点亮两个LED灯来实现流水灯的效果

由于我们板子上焊接的是一个50Mhz的晶振，所以每秒钟晶体振荡 50_000_000次，用计算器看50000000换算成二进制共占用26位，所以这里我们定义一个26bit 的寄存器作计数器用

reg [25:0]time_count; //[25:0]代表26bit

1秒钟计数器模块接下来是编写一个完成的1秒钟计数器模块 parameter T1MS = 26’d50_000_000 ; //50M晶振时钟 reg [25:0]time_count; always@(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn)begin//当复位条件下，计数器赋初值0 time_count<=26’d0; end else begin//当不在复位条件下 if(time_count>=T1MS-1’b1)//如果计数器达到 50_000_000则代表一秒钟计数完成 time_count<=26’d0; else time_count<=time_count+1’b1;//其他情况下计数器自增 end

其中 parameter T1MS = 26’d50_000_000 ; 为定义一个常量，前面所说50M晶振下，1秒钟晶体震荡50_000_000次

always@（posedge CLK or negedge RSTn）代表模块进入的两个条件，1是系统时钟的上升沿（posedge），另一种是复位信号的下降沿(negedge)，也就当系统复位信号按下瞬间，时钟每次上升沿进入并执行always@块中的内容

复位条件下 if(!RSTn) 系统对计数器模块进行初始化0的操作

当系统不处于初始化情况，每个时钟上升沿 time_count 都自增1，当 time_count >= T1MS -1’b1时，即计数达到1秒钟的时间的时候， time_count 再次清零

LED灯切换模块

    reg [1:0]led_state;
    always@(posedge CLK or negedge RSTn)
        if(!RSTn)begin//当复位条件下，计数器赋初值0
             led_state<=2'd0;
        end
        else begin
             if(time_count==T1MS-1'b1)begin//一秒钟
                if(led_state>=2'd1)led_state<=2'd0;//从0-2反复循环
                else led_state<=led_state+1'b1;//自增 
            end
        end    
      
      assign LED1= (led_state==2'd0)?1'b1:1'b0;
      assign LED2= (led_state==2'd1)?1'b1:1'b0;

这里定义了一个2bit的led_state寄存器，用来控制当前灯的显示状态，从程序上可以看出，每当 time_count==T1MS-1’b1 时， led_state 在0-1反复循环自增（如果有多个灯，可以在这里进行修改，比方说3个灯可以修改成 0-1-2，多个灯的情况下需要对led_state位宽进行修改）。

led_state从0-1反复循环，每一种状态对应一个LED灯的显示，如 led_state =0时，LED1亮，当 led_state =1时LED2亮，依次反复。

工程完整代码如下

`timescale 1ns / 1ps
module LED(
    input  CLK,//时钟
    input  RSTn,//复位
    output LED1,
    output LED2
    );
    
    parameter T1MS = 26'd50_000_000 ; //50M晶振时钟
    reg [25:0]time_count;
    always@(posedge CLK or negedge RSTn)
        if(!RSTn)begin//当复位条件下，计数器赋初值0
            time_count<=26'd0;
        end
        else begin//当不在复位条件下
            if(time_count>=T1MS-1'b1)//如果计数器达到 50_000_000则代表一秒钟计数完成
                time_count<=26'd0;
            else time_count<=time_count+1'b1;//其他情况下计数器自增
        end
        
    reg [1:0]led_state;
    always@(posedge CLK or negedge RSTn)
        if(!RSTn)begin//当复位条件下，计数器赋初值0
             led_state<=2'd0;
        end
        else begin
             if(time_count==T1MS-1'b1)begin//一秒钟
                if(led_state>=2'd1)led_state<=2'd0;//从0-2反复循环
                else led_state<=led_state+1'b1;//自增 
            end
        end    
      
      assign LED1= (led_state==2'd0)?1'b1:1'b0;
      assign LED2= (led_state==2'd1)?1'b1:1'b0;
      
endmodule

3. 管脚约束文件创建

前面的部分和第一个工程的创建大致相同，可以参考工程已，约束文件部分工程一通过图形界面设置，自动生成，本工程我们用不同的方式进行约束文件创建，具体操作如下:

a. 新建一个约束文件

b. 在弹出的窗口依次点create file 并且在file name中填入约束文件的文件名，完成后点ok 和finish

c .如下图方式打开约束文件

d. 在约束文件中填入约束信息（管脚定义等）

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports LED1]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports LED2]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports CLK]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports RSTn]
set_property PACKAGE_PIN D18 [get_ports LED1]
set_property PACKAGE_PIN F20 [get_ports LED2]
set_property PACKAGE_PIN K17 [get_ports CLK]
set_property PACKAGE_PIN F16 [get_ports RSTn]

3. 工程编译综合和下载

最后将程序进行编译综合，

并用JTAG 口下载到板子上, 可以看到转接板上两个个灯依次按一秒钟的间隔频率闪烁，并且按下KE1(程序定义的复位键）灯恢复到初始状态

完整工程下载

02_PL_LED_WATER 下载