FPGA实验一：简单分频器的设计 - 图文

专业：__电子信息工程__ 姓名：_____陈华杰_____ 实验报告

学号：______ 日期：___星期五上午___ 地点：应电楼303桌号2组 课程名称：_____FPGA实验______指导老师：__竺红卫/陈宏__成绩：__________________ 实验名称：___实验一：简单分频器的设计____实验类型：_FPGA实验_同组学生姓名：__

一、实验目的和要求（必填）

1. 熟悉 Xilinx ISE 软件，学会设计、仿真、综合和下载； 2. 熟悉实验板电路设定频率的方法。

二、实验内容和原理（必填） 实验内容：

根据实验板上晶振的输入频率 50MHz，如果直接用这么高的时钟频率来驱动 LED 的闪烁，人眼将无法分辨。因此本实验着重介绍如何通过分频计数器的方式将 50MHz 的输入频率降低为人眼可分辨的频率（10Hz 以下），并在实验板的 LED0~LED7上显示出来。

LED照片如下图：

实验原理：

实验板在滑动开关的上面有8 个独立的贴片LED。 LED 一端接地，另一端通过390 欧的限流电阻接到Spartan-3E 上。要点亮一个LED，向相应的控制位置输出高电位。

三、主要仪器设备（必填） 1. 电脑一台；

2. 实验板一块，XilinxSpartan-3E； 3. 实验板电源一只；

4. 实验板连接电脑的下载线一根。

四、实验步骤和现象

1.新建Project和Verilog Module

打开电脑桌面上的 Xilinx ISE14.1 软件，选择 project→new project 建立新项目,输入 project name。

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核对选择 Spartan3E 和 XC3S500E 和 FG320 的封装形式。

跳出下面的选择框。

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选择 New Source，并在下面的选择框中选 Verilog Module,填写刚才的 new project name。

跳出下面的选择框。点击 NEXT。

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输入文件名，跳出下面的选择框。点击 NEXT。

跳出下面的选择框。点击 FINISH。

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2.建立约束文件

选中 Source for Project 窗口中的 test1.v 文件，在 Processes 进程窗口中双击 Create New Source。

进入 New Source 对话框，选择 Implementation Constraints File, 并键入 File Name“test1”和 Location(路径)， Next.

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5.接入实验板，下载程序

连接实验板并打开电源。双击Configue Programming File，创建PROM配置文件.mcs文件，选择OK。

跳出界面，双击BOUNDARY SCAN

在右边空白处，鼠标右键，选择Initialize Chain.

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跳出界面。

选择bit文件，选择OPEN。出现下面的界面，选择NO。

出现下面的界面，选择BYPASS。

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出现下面的界面，选择BYPASS。

出现下面的界面，选择OK。

点击Xilinx FPGA右键，选择PROGRAM。

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出现下面的界面即可。

其中，RESET是右下角的SW0。 6.例程实验现象

初始时刻右边7个LED亮，左边第一个LED灭。以约6秒为周期，LED灭灯的位置依次从左向右循环移动。

五、思考题

1.若要LED实现周期为2秒的闪烁，分频计数器应该如何改写。默认LED状态为灭，灯亮的位置移动。 答：LED移动频率为0.5Hz。50MHz÷0.5Hz=108，10810=5F5E1001?6，二进制位位数为27。再考虑到走马灯的状态与例程相反。将例程作如下改动： ?

1） cnt的位宽改为27；

2） cnt转折周期改为27’h5F5E100；

3） 最后的assign语句中，寄存器变量led在赋值前不取反。 修改后的程序如下： `timescale 1ns/1ns

module race(rst_n, clk, led_d0, led_d1, led_d2, led_d3, led_d4, led_d5, led_d6, led_d7);

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inputrst_n;

input clk;output led_d0; // VX-SP3e 开发板上位号为D0 的LED output led_d1; // VX-SP3e 开发板上位号为D1 的LED output led_d2; // VX-SP3e 开发板上位号为D2 的LED output led_d3; // VX-SP3e 开发板上位号为D3 的LED output led_d4; // VX-SP3e 开发板上位号为D4 的LED output led_d5; // VX-SP3e 开发板上位号为D5 的LED output led_d6; // VX-SP3e 开发板上位号为D6 的LED output led_d7; // VX-SP3e 开发板上位号为D7 的LED

// --------------------------------------------------------------------------- // clk使用的是输入频率为50MHz 的时钟，cnt各位的频率将如 // cnt[23] = 2.98Hz；cnt[24] = 1.49Hz；cnt[25] = 0.745Hz。 // 如果希望走马灯使用其他频率闪烁，修改cnt的位宽即可 // --------------------------------------------------------------------------- reg [26:0] cnt;

always @ ( posedgeclk ) if ( rst_n ) cnt<= 27'd0; elsecnt<= cnt + 1'b1; reg [7:0] led;

always @ ( posedgeclk ) if ( rst_n )

led <= 8'b00000001; //按键复位

else if ((cnt == 27’h5F5E100) && (led == 8'b10000000)) led <= 8'b00000001; //循环一周后开始下一周的循环 else if (cnt ==27’h5F5E100)

led <= led << 1; //左移一位，右端补零

// ---------------------------------------------------------------------------

// 四个LED 都使用了上拉，默认为1，所以走马灯可以使用取反来实现。 // --------------------------------------------------------------------------- assign led_d2 = led[2]; assign led_d4 = led[4]; assign led_d3 = led[3]; assign led_d5 = led[5]; assign led_d0 = led[0]; assign led_d1 = led[1]; assign led_d6 = led[6]; assign led_d7 = led[7]; endmodule

2.设计4个灯同时走的走马灯实验，变化周期是10秒。默认LED状态为灭，灯亮的位置移动。 答：LED移动频率为0.1Hz。50MHz÷0.1Hz=5×108，5×10810=1DCD6500?16，二进制位位数为29。再考虑到走马灯的状态与例程相反。将例程作如下改动： ?

1) cnt的位宽改为29；

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2) cnt转折周期改为29’h1DCD6500；

3) 将LED的点亮状态改成4个同时亮，并且在循环一周后逐步开始下一周的循环时，使用枚举的方

式编程；

4) 最后的assign语句中，寄存器变量led在赋值前不取反。 修改后的程序如下： `timescale 1ns/1ns

module race(rst_n, clk, led_d0, led_d1, led_d2, led_d3, led_d4, led_d5, led_d6, led_d7); inputrst_n;

input clk;output led_d0; // VX-SP3e 开发板上位号为D0 的LED output led_d1; // VX-SP3e 开发板上位号为D1 的LED output led_d2; // VX-SP3e 开发板上位号为D2 的LED output led_d3; // VX-SP3e 开发板上位号为D3 的LED output led_d4; // VX-SP3e 开发板上位号为D4 的LED output led_d5; // VX-SP3e 开发板上位号为D5 的LED output led_d6; // VX-SP3e 开发板上位号为D6 的LED output led_d7; // VX-SP3e 开发板上位号为D7 的LED

// --------------------------------------------------------------------------- // clk使用的是输入频率为50MHz 的时钟，cnt各位的频率将如 // cnt[23] = 2.98Hz；cnt[24] = 1.49Hz；cnt[25] = 0.745Hz。 // 如果希望走马灯使用其他频率闪烁，修改cnt的位宽即可 // --------------------------------------------------------------------------- reg [28:0] cnt;

always @ ( posedgeclk ) if ( rst_n ) cnt<= 29'd0; elsecnt<= cnt + 1'b1; reg [7:0] led;

always @ ( posedgeclk ) if ( rst_n )

led <= 8'b00001111; //按键复位

else if ((cnt == 29’h1DCD6500) && (led == 8'b11110000)) led<= 8'b11100001;

else if ((cnt == 29’h1DCD6500) && (led == 8'b11100001)) led<= 8'b11000011;

else if ((cnt == 29’h1DCD6500) && (led == 8'b11000011)) led<= 8'b10000111;

else if ((cnt == 29’h1DCD6500) && (led == 8'b10000111)) led<= 8'b00001111;

else if (cnt ==29’h1DCD6500)

led <= led << 1; //左移一位，右端补零

// ---------------------------------------------------------------------------

// 四个LED 都使用了上拉，默认为1，所以走马灯可以使用取反来实现。 // --------------------------------------------------------------------------- assign led_d2 = led[2]; assign led_d4 = led[4];

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assign led_d3 = led[3]; assign led_d5 = led[5]; assign led_d0 = led[0]; assign led_d1 = led[1]; assign led_d6 = led[6]; assign led_d7 = led[7]; endmodule

六、最后的困惑

在例程以及思考题里改编的程序中，当寄存器变量cnt计满一个周期时，并没有相应的清零动作，然而cnt仍然能自动复位，并且在实验中，走马灯仍然能按照预期运行。这是为什么呢？

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/guna.html