1基礎理論部分

1.1分頻

分頻，是的，這個概念也很重要。分頻是指將一單一頻率信號的頻率降低為原來的1/N，就叫N分頻。實現分頻的電路或裝置稱為“分頻器”，如把33MHZ的信號2分頻得到16.5MHZ的信號，3分頻得到11MHZ的信號，10分頻得到3.3MHZ的信號。

分頻主要是相對于主晶振來說，用不到那么高的頻率，開發板一般根據具體需要會加入晶振，一般若是功耗較高可選用50MHz，其他情況可以相對調整，如24MHz等等。那么分頻的典型應用，二分頻，四分頻，八分頻，還有任意分頻。

對于分頻，我們可以利用quartus ii 自帶的PLL進行分頻，這樣會占用一定的資源，也可以利用計數器實現一定的分頻，注意，FPGA中不同于其他的CPU，沒有計時器的概念，只有計數器。

1.2 LED

LED（light emitting diode），發光二極管，簡稱LED，是一種能夠將電能轉化成可見光的固態的半導體器件，可以直接把電轉換成光。可以用在電路及儀器中作指示燈，或者組成文字或數字顯示等。有不同化合物制成的二極管如砷，鎵，磷等化合物制成，不同的化合物組合會顯示不同顏色的光。

在設計LED的驅動電路時，不能直接接到3.3V或者5V來點亮，LED有額定電流，超過這個額定電流，LED就會燒掉，反接也會燒掉。一般的LED的額定電流從10mA~1A不等。FPGA開發采用的LED主要是貼片0805或者0603等，額定電路一般從10mA~30mA.

1.3 74HC595

開發板上面的LED控制是用串入并出/串出的移位寄存器74HC595芯片，芯片在電路中的接入情況如圖5.1所示,實物圖如圖5.2所示。其中MR引腳直接接高電平，不進行復位。串出引腳9不接，不進行串出引腳的使用。輸出使能引腳13直接接地，手冊上建議。11和12引腳分別為移位寄存器時鐘輸入和存儲時鐘輸入，分別引出。

圖5.1 LED部分電路圖

圖5.2 實物圖

2 verilog代碼實現部分

2.1 74HC595 控制部分

14行定義了一個全局參數WIDTH = 8，用來控制程序下面所有的有關于數量的使用。

59行和60行分別定義了時鐘信號和時鐘使能信號，其中時鐘信號sclk時鐘周期前半段為低電平，后半段為高電平，可以實現對數據的中間采樣，時鐘使能信號led_time可以控制數據和時鐘對齊。48行的state是一個狀態改變的寄存器，只要數據一更新，state就有效。

75行定義了update_input信號用來檢測輸入數據的變化。

狀態轉換部分，在case語句中先檢測state的初始位，然后進入循環操作，檢測update_input是否使能，使能更新state，不使能保持state，更新后開始輸出位數計數器led_cnt的計數

在121到123行，對輸出的三路信號進行了約束限制，這種方法值的借鑒，在用不到時不輸出信號，用到時輸出信號，最大量的節省時鐘。Led_data_out是先從高位輸出到低位。

2.2 LED數據產生部分

在模塊聲明處，仍舊使用全局定義變量，控制模塊中常量的使用。

計數模塊，產生時鐘使能信號。

Reg型變量Led_out_cnt是用來控制LED變化， 每當時鐘信號使能開始計數，板卡上面一共有8個LED，所以計數8個即可。

LED解碼部分，通過上面的led_out_cnt信號進行解碼，控制LED的流水操作。

3 modelsim驗證部分

3.1 led_generate 模塊仿真

43行產生時鐘信號，通過PERIOD進行周期控制。49~51產生復位信號，當時鐘兩次下降沿后復位信號拉高。56行用來監測led_out輸出的時間，生成的腳本文件如圖5.3所示。

圖5.3仿真波形

圖5.4是利用腳本文件生成，可以觀察到實現了流水功能，且時間間隔1s；

圖5.4 腳本生成文件

3.2 led_74HC595 模塊仿真

前半部分和上述都一樣，可以作為固定部分，大家可以自行復制即可。59行到63行增加了系統輸入信號初始化部分。在輸入信號輸入前，最好最安全就是進行一次初始化。

75行到87行是對輸入進行模擬輸入，并監測led_data-out信號，輸出的結果如圖5.5所示，由圖可以看到時間間隔為120ns。

圖5.6是仿真波形，可以看到時鐘led_sclk每次采樣在輸入信號的正中間位置，最大程度保證采樣可靠。

圖5.5 腳本文件

圖5.6 仿真波形