FPGA入门实验教程 适合初学者

艾米电子工作室—让开发变得更简单

FPGA 入门系列实验教程——点亮LED

1. 实验任务

点亮发光二极管。通过这个实验，熟悉并掌握CPLD/FPGA 开发软件Quartus

II 的使用方法和开发流程以及Verilog HDL的编程方法。

2. 实验环境

硬件实验环境为艾米电子工作室型号EP2C5T144 开发套件。

软件实验环境为Quartus II 8.1 开发软件。

3. 实验原理

FPGA 器件同单片机一样，为用户提供了许多灵活的独立的输入/输出I/O 口

（单元）。FPGA 每个I/O 口可以配置为输入、输出、双向、集电极开路和三态门等各种组态。作为输出口时，FPGA 的I/O 口可以吸收最大为24mA 的电流，

可以直接驱动发光二极管LED 等器件。图1. 1 为8 个发光二极管硬件原理图，

本原理图对应艾米电子工作室型号为EP2C5T144 FPGA 开发板及接口板。通过

原理图可知如果要点亮这八个LED，所以只要正确分配并锁定引脚后，在相应

的引脚上输出相应高电平“1”，就可实现点亮该发光二极管的功能。本工作室开

发板均采用输出“1”点亮LED 的模式，以后就不再另作说明。

图1. 1 发光二极管LED 硬件原理图

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FPGA 入门系列实验教程——LED 闪烁灯

1. 实验任务

让实验板上的8 个LED 周期性的闪烁。通过这个实验，熟悉并掌握采用计数

与判断的方式来实现分频的Verilog HDL 的编程方法以及Quartus II 软件的使

用方法和开发流程。

2. 实验环境

硬件实验环境为艾米电子工作室型号EP2C8Q208 增强版开发套件。

软件实验环境为Quartus II 8.1 开发软件。

3. 实验原理

艾米电子工作室开发套件板载50MHz 的时钟源，假如我们直接把它输入到发光二极管LED，由于人眼的延迟性，我们将无法看到LED 闪烁，认为

它一直亮着。如果我们期望看到闪烁灯，就需要将时钟源的频率降低后再输

出。本实验采用计数与判段的方式来实现降低时钟源的频率。计数电路可用计数器实现，每来一个时钟脉冲CLK，计数器就加1，而每当判断出计数器达到某个数值时，把输出状态求反，就使得8 个LED 的亮灭反转一次，即：周期性的输出高电平“1”和低电平“0”。这样设计相当于把50MHz 的时钟源分频后输出。如果最终要使得LED 1S 闪烁一次，即输出1Hz 的时钟脉冲，让计数器计到25000000 便可以让LED 亮0.5 秒、灭0.5 秒。

4. 实验程序

module led1 (clk ,led); // 模块名及端口参数

input clk; // 输入端口定义

output [7:0]led; // 输出端口定义

reg [7:0]led; // 输出端口定义为寄存器型

reg [25:0] buffer; // 中间变量buffer 定义为寄存器型

always@(posedge clk)

begin // 顺序语句，到end 止

buffer<=buffer+1; // 计数器buffer 按位加1

if(buffer==26'd2*******) //判别buffer 中的数值为25000000 时，

//做输出处理

begin

led<=~led; // led[0]-led[7]反转一次。

buffer<=0;

end

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FPGA 入门系列实验教程——LED 流水灯

1. 实验任务

让实验板上的8 个LED 实现流水灯的功能。通过这个实验，进一步掌握采用计数与判断的方式来实现分频的Verilog HDL 的编程方法以及移位运算符的使用。

2. 实验环境

硬件实验环境为艾米电子工作室型号EP2C8Q208C8 增强版开发套件。

软件实验环境为Quartus II 8.1 开发软件。

3. 实验原理

流水灯，顾名思义就是让LED 象水一样的点亮。如果把流水做慢动作播放，可以想象到其实就是移动，即：把水块不断地向同一方向移动，而原来的水块保持不动，就形成了流水。同样，如果使得最左边的灯先亮；然后，通过移位，在其右侧的灯，由左向右依次点亮，而已经亮的灯又不灭，便形成了向右的流水灯。初始状态时，8 个灯都不亮。每来一个时钟脉冲CLK，计数器就加1。每当判断

出计数器中的数值达到25000000 时，就会点亮一个灯，并进行移位。FPGA 输出

的数据就应该首先是10000000，隔 1 秒钟变成11000000……一直变化到

11111111，这样，依次点亮所有的灯，就形成了流水灯。而当8 个灯都点亮时，

需要一个操作使得所有的灯恢复为初始状态，即：灯都不亮。然后，再一次流水

即可。如果是右移位，就出现向右流水的现象；反之，向左流水。

4. 实验程序

module ledwater(clk,led); // 模块名及端口参数

output [7:0] led; // 输出端口定义

input clk; // 输入端口定义，50M 时钟

reg[8:0] led_out; // 变量led_out 定义为寄存器型

reg[8:0] led_out1; // 变量led_out1 定义为寄存器型

reg[25:0]buffer; // 中间变量buffer 定义为寄存器型

always@(posedge clk)

begin

buffer=buffer+1;

if (buffer==26'd2*******) // 判别buffer 数值为25000000 时，做输出处理

begin

led_out=led_out<<1; // led 向左移位，空闲位自动添0 补位

if(led_out==9'b000000000)

led_out=9'b111111111;

艾米电子工作室—让开发变得更简单

FPGA 入门系列实验教程——LED 跑马灯

1. 实验任务

让实验板上的8 个LED 实现跑马灯的功能。通过这个实验，进一步掌握采用

计数与判断的方式来实现分频的Verilog HDL 的编程方法以及移位运算符的

使用。

2. 实验环境

硬件实验环境为艾米电子工作室型号EP2C8Q208C8 增强版开发套件。

软件实验环境为Quartus II 8.1 开发软件。

3. 实验原理

从LED[0]到LED[7]依次点亮，第二个灯点亮时第一个熄灭，每个灯交换的

时间为0.5S；看上去的效果就象一个亮点从LED[0] 跑向LED[7],然后重复此循

环，故命名跑马灯。初始状态时，LED[0]亮，其余熄灭。每来一个时钟脉冲CLK，

计数器就加1。每当判断出计数器中的数值达到25000000时，就会点亮LED[1]，