數字系統設計練習（二）—— 跑馬燈

一、實驗硬軟件環境：

1. EDA軟件：Vivado2019
2. 實驗開發板：Basys3 FPGA套件

二、實驗內容：

　　實現如下電路功能：當開關開啟，燈泡輪流閃爍，間隔1s，類似跑馬燈；開關關閉，則燈泡關閉。使用實驗板上的按鍵模擬開關，led模擬燈泡，時鍾使用實驗板提供的clk。草靠實驗板的管腳文件編寫約束文

　　注意，LED部分的電路圖如左圖所示，當FPGA輸出為高電平時，相應的LED點亮；否則，LED熄滅。撥碼開關的電路如右圖所示，當開關打到下檔時，表示FPGA的輸入為低電平。

                                                 

三、具體實現

1. 思路分析：開發板的晶振為100Mhz，則其周期為10ns，初值為0的計數器自加1到100,000,000時為1s，每隔1s時間，led燈轉換一次。
2. 設計源碼：

   `timescale 1ns / 1ps
   //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   // Company: 
   // Engineer: 
   // 
   // Create Date: 2020/09/08 14:18:09
   // Design Name: 
   // Module Name: Marquee
   // Project Name: 
   // Target Devices: 
   // Tool Versions: 
   // Description: 
   // 
   // Dependencies: 
   // 
   // Revision:
   // Revision 0.01 - File Created
   // Additional Comments:
   // 
   //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   
   module Marquee(switch, clk, led);
       input switch, clk;
       output reg [3:0] led;
       
       reg [28:0] count;
       
       always @(posedge clk)
       begin
           if(!switch)
               begin
                   led <= 4'b0001;
                   count <= 29'b0;
               end
           else
               begin
                   if(count == 29'd100_000_000)
                       begin
                           count <= 29'b0;
                           if(led == 4'b1000)
                               led <= 4'b0001;
                           else
                               led <= (led << 1);
                       end
                   else
                       begin
                           count <= count + 1;
                           led <= led;
                       end
               end
       end
   endmodule

3. 仿真代碼：（需要注意的是，為了便於仿真，設計源碼中的count設置為自加到100，而非100,000,000。）

   `timescale 1ns / 1ps
   //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   // Company: 
   // Engineer: 
   // 
   // Create Date: 2020/09/08 15:42:36
   // Design Name: 
   // Module Name: Marquee_tb
   // Project Name: 
   // Target Devices: 
   // Tool Versions: 
   // Description: 
   // 
   // Dependencies: 
   // 
   // Revision:
   // Revision 0.01 - File Created
   // Additional Comments:
   // 
   //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   
   
   module Marquee_tb;
       reg switch, clk;
       wire [3:0] led;
       
       Marquee U_Marquee(.switch(switch), .clk(clk), .led(led));
       
       initial
       begin
           clk = 0; switch = 0;
           
           #100 switch = 1;
           
           #100;
       end
       
       always #10 clk = ~clk;
       
   endmodule

4. 波形圖：
5. 約束文件：

   set_property PACKAGE_PIN V17 [get_ports switch]
   set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports switch]
   set_property PACKAGE_PIN W5 [get_ports clk]
   set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clk]
   set_property PACKAGE_PIN U16 [get_ports led[0]]
   set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports led[0]]
   set_property PACKAGE_PIN E19 [get_ports led[1]]
   set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports led[1]]
   set_property PACKAGE_PIN U19 [get_ports led[2]]
   set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports led[2]]
   set_property PACKAGE_PIN V19 [get_ports led[3]]
   set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports led[3]]