FPGA学习笔记——点亮LED

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

硬件平台：东理电子Easy-FPGA Cyclone II EP2C5T114C8N

这个开发板买了很长时间了，买来后一直放那，下面来一个点灯的例子。

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

软件实验环境为 Quartus II 9.1 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。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低电平“ 0”，就可实现点亮该发光二极管的功能。

图 1. 1 发光二极管 LED 硬件原理图

4. 实验程序

(1) 利用连续赋值 assign 语句来实现（文件名 led_test.v）

module led_test (led); //模块名 led_test

output[7:0] led; //定义输出端口

assign led=8‘b10101010; //输出 0x AA

endmodule

.csharpcode, .csharpcode pre
{
font-size: small;
color: black;
font-family: consolas, "Courier New", courier, monospace;
background-color: #ffffff;
/*white-space: pre;*/
}
.csharpcode pre { margin: 0em; }
.csharpcode .rem { color: #008000; }
.csharpcode .kwrd { color: #0000ff; }
.csharpcode .str { color: #006080; }
.csharpcode .op { color: #0000c0; }
.csharpcode .preproc { color: #cc6633; }
.csharpcode .asp { background-color: #ffff00; }
.csharpcode .html { color: #800000; }
.csharpcode .attr { color: #ff0000; }
.csharpcode .alt
{
background-color: #f4f4f4;
width: 100%;
margin: 0em;
}
.csharpcode .lnum { color: #606060; }

(2) 利用过程赋值语句来实现（文件名 led_test_1.v）

module led_test_1(led); //模块名 led_test_1

output[7:0]led; //定义输出端口

reg[7:0]led;

always

begin

led= 8‘b10101010; //输出 0xAA

end

endmodule

5. 实验步骤

1）打开 Quartus II 软件并建立工程

（ 1）通过桌面上的快捷方式打开 Quartus II 9.1 软件，进入集成开发环境，软件界面如图 1. 2 所示。

图 1. 2 Quartus II 软件界面

（2）在图 1.2 中选择 File→ New project wizard 来新建一个工程。新建工程向导说明对话框如图 1.3 所示

图 1.3 新建工程向导说明对话框

（3）在图 1.3 中单击 Next 进入如图 1.4 所示对话框

图 1.4 新建工程路径、名称、顶层实体指定对话框

（4）在图 1.4 中单击 Next 进入如图 1.5 所示对话框

图 1.5 新建工程添加文件对话框

（5）在图 1.5 中单击 Next 进入如图 1.6 所示对话框。在该对话框中指定目标器件，这里我们选择的是 Cyclone II 系列的 EP2C5T144C8

图 1.6 新建工程器件选择对话框

（6）指定完器件后，单击 Next 进入如图 1.7 所示对话框。本实验利用的集成环境开发，不使用第三方的 EDA 工具，采用默认设置。

图 1.7 新建工程 EDA 工具设置对话框

（7）单击图 1.7 中的 Next 进入如图 1.8 所示对话框。从该对话框中，可以看到工程配置信息报告。单击 Finish 完成新工程的建立。

图 1.8 新建工程配置信息报告对话框

2）建立文本编辑文件

（ 1）在 Quartus II 主界面中选择 File→New 打开新建文件对话框如图 1.9 所示。

（ 2）选择 VerilogHDL File 点击 OK 建立一个空的 VerilogHDL 文件，将实验程序清单中的程序输入到文件中，然后在在 Quartus II 主界面中选择 File→Save As 改名为 led_test.v 并保存。

（ 3）选择图 1.10 工具栏中的按钮启动编译，若在编译中发现错误，则找出并更正错误，直到编译成功为止。

图 1.10 led.v 文件编译对话框

3）选择器件型号及器件和引脚的其他设置

(1) 选择器件型号

每种型号的 FPGA 芯片的引脚可能都不相同，因此在进行引脚分配之前都应选择相应的目标 FPGA 芯片型号。这一步在新建工程中已经完成，这里目的是初学者了解，在 Quartus II 工程创建好后仍然可以选择并修改器件型号。在 Quartus II 软件主界面下选择 Assignments→Device 打开如图 1.11 所示对话框。在该对话框中指定所需的目标器件型号。

图 1.11 器件选择对话框

(2) 器件和引脚的其他设置

单击图 1.11 中的 Device and Pin Options 打开 Device and Pin Options 对话框，在该对话框中选择 Configuration 选项卡，并按图 1.12 所示进行设置，即采用串行配置器件 EPCS1 的主动配置方式。在 Device and Pin Options 对话框中选择 Unused Pins 选项卡对未使用的引脚按照图 1.13 所示设置为高阻输入。

图 1.12 Configuration 设置

图 1.13 未用引脚设置

4）分配 FPGA 引脚

（ 1）在 Quartus II 软件主页面下，选择 Assignments→Pins 或选择工具栏上按钮打开如图 1.14 对话框。

（ 2）按照开发板各引脚对应关系，在 To 栏中输入各引脚名称，在 Location 栏中选择相应的引脚，最终分配结果如图 1.14 所示。

（ 3）选择 File close 退出。

图 1.14 分配引脚对话框

5）编译工程项目

在 Quartus II 主页面下，选择 Processing→Start Compilation 或点击工具栏上的按钮启动编译，直到出现“ Full Compilation Report”对话框，点击 OK 即可。

6）波形仿真

由于本次试验比较简单，波形仿真将在后面实验详细讲解。

7）下载设计程序到目标 FPGA

(1) 在 Quartus II 主页面下，选择 Tools→Pragrammer 或点击工具栏上的将会出现如下图 1.15 所示窗口。

图 1.15 配置对话框

(2) 一切准备就绪后点击开始使用配置文件对 FPGA 进行配置， Progress 框中显示配置进度，配置进度条为 100%时说明配置成功，即可观察实验现象。

6. 实验现象

第一个实验终于完成了，看到实验板上的 8 个 LED 灯间隔点亮，是不是特有成就感！只要动手，一切都这么简单！让我们进行下面的实验吧！以后的实验将会更精彩！

完。

时间： 2024-10-04 09:23:28