FPGA學習筆記——點亮LED


軟件平台:win7(64bit) + Quartus II 9.1 (64-Bit)

硬件平台:東理電子Easy-FPGA Cyclone II EP2C5T114C8N

 

這個開發板買了很長時間了,買來后一直放那,下面來一個點燈的例子。

1. 實驗任務

點亮發光二極管。 通過這個實驗, 熟悉並掌握 CPLD/FPGA 開發軟件 Quartus II 的使用方法和開發流程以及 Verilog HDL 的編程方法。

2. 實驗環境

軟件實驗環境為 Quartus II 9.1 開發軟件。

3. 實驗原理

FPGA 器件同單片機一樣, 為用戶提供了許多靈活的獨立的輸入/輸出 I/O 口 (單元)。 FPGA 每個 I/O 口可以配置為輸入、 輸出、 雙向、 集電極開路和三態 門等各種組態。 作為輸出口時, FPGA 的 I/O 口可以吸收最大為 24mA 的電流, 可以直接驅動發光二極管 LED 等器件。 圖 1. 1 為 8 個發光二極管硬件原理圖。 通過 原理圖可知如果要點亮這八個 LED, 所以只要正確分配並鎖定引腳后, 在相應 的引腳上輸出相應低電平“ 0”, 就可實現點亮該發光二極管的功能。

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圖 1. 1 發光二極管 LED 硬件原理圖

4. 實驗程序

(1) 利用連續賦值 assign 語句來實現(文件名 led_test.v)

module led_test (led); //模塊名 led_test output[7:0] led; //定義輸出端口 assign led=8'b10101010; //輸出 0x AA endmodule

(2) 利用過程賦值語句來實現(文件名 led_test_1.v)

module led_test_1(led); //模塊名 led_test_1 output[7:0]led; //定義輸出端口 reg[7:0]led; always begin led= 8'b10101010; //輸出 0xAA end endmodule

5. 實驗步驟

1) 打開 Quartus II 軟件並建立工程

( 1) 通過桌面上的快捷方式打開 Quartus II 9.1 軟件, 進入集成開發環境, 軟 件界面如圖 1. 2 所示。

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圖 1. 2 Quartus II 軟件界面

(2)在圖 1.2 中選擇 FileNew project wizard 來新建一個工程。 新建工程 向導說明對話框如圖 1.3 所示

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圖 1.3 新建工程向導說明對話框

(3)在圖 1.3 中單擊 Next 進入如圖 1.4 所示對話框

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圖 1.4 新建工程路徑、 名稱、 頂層實體指定對話框

(4)在圖 1.4 中單擊 Next 進入如圖 1.5 所示對話框

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圖 1.5 新建工程添加文件對話框

(5) 在圖 1.5 中單擊 Next 進入如圖 1.6 所示對話框。 在該對話框中指定目 標器 件, 這里 我們選擇的是 Cyclone II 系 列 的 EP2C5T144C8

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圖 1.6 新建工程器件選擇對話框

(6) 指定完器件后, 單擊 Next 進入如圖 1.7 所示對話框。 本實驗利用的集成環 境開發,不使用第三方的 EDA 工具, 采用默認設置。

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圖 1.7 新建工程 EDA 工具設置對話框

(7) 單擊圖 1.7 中的 Next 進入如圖 1.8 所示對話框。 從該對話框中, 可以看到 工程配置信息報告。單擊 Finish 完成新工程的建立。

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圖 1.8 新建工程配置信息報告對話框

2) 建立文本編輯文件

( 1) 在 Quartus II 主界面中選擇 FileNew 打開新建文件對話框如圖 1.9 所 示。

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( 2) 選擇 VerilogHDL File 點擊 OK 建立一個空的 VerilogHDL 文件, 將實驗程 序清單中的程序輸入到文件中, 然后在在 Quartus II 主界面中選擇 FileSave As 改名為 led_test.v 並保存。

( 3) 選擇圖 1.10 工具欄中的image按鈕啟動編譯, 若在編譯中發現錯誤, 則找出 並更正錯誤, 直到編譯成功為止。

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圖 1.10 led_test.v 文件編譯對話框

3) 選擇器件型號及器件和引腳的其他設置

(1) 選擇器件型號

每種型號的 FPGA 芯片的引腳可能都不相同, 因此在進行引腳分配之前都應 選擇相應的目 標 FPGA 芯片型號。 這一步在新建工程中已經完成, 這里目 的是初 學者了解, 在 Quartus II 工程創建好后仍然可以選擇並修改器件型號。 在 Quartus II 軟件主界面下選擇 AssignmentsDevice 打開如圖 1.11 所示對話框。在該對話 框中指定所需的目 標器件型號。

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圖 1.11 器件選擇對話框

(2) 器件和引腳的其他設置

單擊圖 1.11 中的 Device and Pin Options 打開 Device and Pin Options 對話框, 在該對 話框中選擇 Configuration 選項卡, 並按圖 1.12 所示進行設置, 即采用串行配置 器件 EPCS1 的主動配置方式。 在 Device and Pin Options 對話框中選擇 Unused Pins 選項卡對未使用的引腳按照圖 1.13 所示設置為高阻輸入。

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圖 1.12 Configuration 設置

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圖 1.13 未用引腳設置

4) 分配 FPGA 引腳

( 1)在 Quartus II 軟件主頁面下, 選擇 AssignmentsPins 或選擇工具欄上image按鈕打開如圖 1.14 對話框。

( 2) 按照開發板各引腳對應關系, 在 To 欄中輸入各引腳名稱, 在 Location 欄中選擇相應的引腳, 最終分配結果如圖 1.14 所示。

( 3) 選擇 File Close 退出。

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圖 1.14 分配引腳對話框

5) 編譯工程項目

在 Quartus II 主頁面下, 選擇 ProcessingStart Compilation 或點擊工具欄上的image按鈕啟動編譯, 直到出現“ Full Compilation Report”對話框, 點擊 OK 即可。

6) 波形仿真

由於本次試驗比較簡單, 波形仿真將在后面實驗詳細講解。

7) 下載設計程序到目 標 FPGA

(1) 在 Quartus II 主頁面下, 選擇 ToolsPragrammer 或點擊工具欄上的 將會出現如下圖 1.15 所示窗口。

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圖 1.15 配置對話框

(2) 一切准備就緒后點擊image開始使用配置文件對 FPGA 進行配置, Progress 框中顯示配置進度, 配置進度條為 100%時說明配置成功, 即可觀察實驗現象。

6. 實驗現象

第一個實驗終於完成了, 看到實驗板上的 8 個 LED 燈間隔點亮, 是不是 特有成就感! 只要動手, 一切都這么簡單! 讓我們進行下面的實驗吧! 以后 的實驗將會更精彩!

 

完。

參考資料:

FPGA不同下載方式的區別【掃盲】以及如何利用AS模式固化程序


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