EDA入门系列实验教程——流水灯

根据给定的文件信息，以下是对“EDA入门系列实验教程——流水灯”涉及的重要知识点的详细解析： ### EDA入门系列实验教程——流水灯 #### 实验任务与目标 本实验的目标是使实验板上的8个LED实现流水灯的效果。通过这一实践过程，学生能够进一步掌握如何使用VHDL编程语言通过计数与判断的方式来实现分频以及如何使用移位运算符。 #### 实验环境 - **硬件实验环境**：艾米电子工作室的EP2C8Q208C8增强版开发套件。 - **软件实验环境**：Quartus II 8.1开发软件。 #### 实验原理 流水灯效果是通过不断地将点亮的LED向一侧移动来实现的。具体来说，可以通过以下步骤实现流水灯效果： 1. **初始化状态**：所有LED均处于熄灭状态。 2. **时钟脉冲控制**：每当接收到一个时钟脉冲信号，内部计数器增加1。 3. **分频控制**：当计数器的值达到预设阈值（例如25000000），则执行一次LED的状态更新。 4. **LED状态更新**：首先点亮第一个LED，然后随着计数器每次达到阈值，点亮下一个LED，并将之前点亮的LED保持点亮状态，从而形成流水效果。 5. **循环复位**：当所有LED都被点亮后，需要执行一次操作使得所有LED恢复为熄灭状态，之后再次重复上述过程。 #### 实验程序分析 在VHDL程序中，主要采用了以下关键元素来实现流水灯效果： - **库与程序包**：使用`IEEE`标准库和`std_logic_1164`、`std_logic_unsigned`等程序包来定义信号类型和运算规则。 - **实体定义**：定义了实体`LED`，该实体具有一个时钟输入端口`clk`和一个8位输出端口`dout`用于控制8个LED的状态。 - **架构体**：架构体中定义了两个信号变量`p`和`t`，其中`p`是一个32位的计数器，用来实现分频；`t`是一个9位的信号变量，用于存储当前LED的状态。 - **进程**：在进程中实现了对时钟信号的检测和响应，以及根据计数器的值更新LED的状态。通过`if`语句判断时钟的上升沿，并在每个周期内增加计数器的值。当计数器的值达到25000000时，将`t`的低8位移至高8位，并将`t`的最低位置1，从而模拟LED的点亮。随后，计数器被清零并重新开始计数。当`t`的最高位变为1时，表示所有LED均已被点亮，此时需要将`t`清零，以便LED状态重新回到初始状态。 - **输出端口赋值**：最后将`t`的低8位赋值给输出端口`dout`，从而控制8个LED的状态。 #### 实验步骤 1. **创建工程项目**：使用Quartus II软件创建一个新的工程项目，并命名为`ledwater`。 2. **编写VHDL源程序**：在工程项目中新建一个VHDL源程序文件`ledwater.v`，输入实验程序代码，并进行编译直至成功。 3. **选择器件型号与引脚配置**：选择合适的FPGA器件（如EP2C8Q208C8），并进行必要的引脚配置和其他设置。 4. **配置FPGA引脚**：在Quartus II软件中配置输出端口`dout[0]`至`dout[7]`以及时钟输入端口`clk`的引脚。 通过以上步骤，不仅能够完成流水灯实验，还能够在实践中加深对VHDL编程技巧的理解，特别是计数与判断分频以及移位运算符的运用。这有助于提高学生在数字电路设计方面的综合能力。