设计并实现LED控制电路实验报告.ppt

设计并实现led控制电路实验 实验目的 实验设备 实验原理 实验内容 设计并实现led控制电路实验 实验目的 掌握altera acex1k的开发流程 掌握硬件描述语言（vhdl）程序的基本结构与 设计方法 掌握led控制电路工作原理 设计并实现led控制电路实验 实验设备 硬件：pc机、博创pxa270-dvp实验箱、博创 fpga扩展板 软件： altera quartus ii、red hat linux 、gnu 跨平台开发工具链 设计并实现led控制电路开发实验 实验原理 altera acex1k 开发流程 硬件描述语言（vhdl）程序的基本结构与设计 方法 led控制电路工作原理 数字系统的实现方式 专用集成电路（asic） 全定制器件 从晶体管的版图尺寸、位置及连线开始设计 设计复杂，周期长 在晶圆上流片，实现成本高 数字系统的实现方式 可编程逻辑器件（pld） 半定制器件，包含各种逻辑资源 通过对器件内资源编程连接实现所需功能 可反复编程，实现成本低 设计周期较短 主流pld器件 复杂可编程逻辑器件（cpld） 现场可编程门阵列（fpga） 数字系统开发流程（基于fpga/cpld） vhdl简介 very-high-speed integrated circuit hardware description language被ieee确认为标准硬件 描述语言 vhdl特点： l具有强的行为描述能力，避开具体的器件结构 l既是硬件电路描述和设计语言，也是一种标准的网表 ，还是一种仿真语言 l支持对大规模设计进行分解和对已有设计的再利用 l可以用eda工具对vhdl设计进行逻辑综合和优化，并转 换成门级网表 vhdl程序基本结构 vhdl程序结构示例 锁存器的设计 d是数据输入端口 ena是数据锁存使能控制端口（高电平有效） q为数据输出端口 vhdl程序结构示例 实体（enity） 实体用来描述vhdl设计的外部接口特征，即 设计单元的输入输出接口信号或引脚；不同的 逻辑功能的设计实体可以拥有相同的实体描述 实体是vhdl设计的基本单元，可以是一个门 电路、一个芯片、一块电路板乃至一个系统 实体语句结构: entity 实体名 is generic(类属表); port(端口表); end entity 实体名; 实体（enity） 实体名 在实体中定义的实体名是设计实体的名称，在例化中即可以用此 名对相应的设计实例进行声明和调用 在某些eda软件中要求vhdl语言的文件名必须与实体名一致 generic类属说明语句 类属（generic）参量是一种端口界面常数，以一种说明的形式放 在实体或块结构体前的说明部分，为说明的环境提供了一种静态 信息通道；设计者可以通过类属参量的重新设定而容易的改变一 个设计实体或一个元件的内部电路结构和规模 generic (常数名:数据类型:设定值;常数名:数据类型:设定值); 用类属来动态规定一个实体端口的大小，或设计实体的物理特性 ，或结构体中的总线宽度，或设计实体中底层中同种元件的例化 数量 实体（enity） port端口说明 端口说明语句是对一个设计实体界面的说明 实体端口说明的一般书写格式： port(端口名 : 端口模式 : 数据类型;端口名 : 端口模式 : 数据类型); 端口名是设计者为实体的每一个对外通道所取的名 字 端口模式是指这些通道上的数据流动方式 数据类型指端口上流动的数据的表达格式或取值类 型;在实用中，端口数据类型主要有两种位（bit） 和位矢量（bit_vector） 结构体（architecture） 结构体描述设计实体的内部结构和/或外部设计实体 端口之间的逻辑关系 结构体的组成： 对数据类型、常数、信号、子程序和元件等元素的说 明； 描述实体逻辑行为的功能描述语句，包括并行语句和 顺序语句； 以元件例化语句为特征的外部元件端口间的连接方式 每一个实体可以拥有多个结构体，每个结构体对应 着实体不同的结构和算法实现方案；结构体不能单 独存在，必须以来于某个实体 结构体（architecture） 结构体的一般语言格式 architecture 结构体名 of 实体名 is 说明语句 begin 功能描述语句 end architecture 结构体名； 实体名必须是结构体所在的设计实体的名字；结构 体名可以由设计者自己选择，但同一个实体的多个 结构体不能同名 说明语句必须放在关键词architecture和begin之 间，结构体必须以end architecture 结构体名结束 结构体（architecture） 结构体说明语句 对功能描述语句中将要用到的信号（signal）、 数据类型（type）、常数（constant）、元件（ component）、函数（function）和过程（ procedure）等加以说明 在该结构体中说明和定义的数据类型、常数、元件 、函数和过程只能用于这个结构体 功能描述语句结构 可以含有块语句、进程语句、信号赋值语句、子程 序调用语句、元件例化语句等5种不同类型的以并 行方式工作的语句。这5种语句结构本身是并行语 句，但它们内部所包含的语句并不一定是并行语句 结构体（architecture） 结构体（architecture） 说明语句 功能描述语句结构 块语句（block） 进程语句（process） 信号赋值语句 子程调用语句 元件例化语句 由一系列并行语句构成的 组合体，功能是将结构体 中的并行语句组成一个或 多个子模块 定义顺序语句模块，用以 将从外部获得的信号值， 或内部的运算数据向其它 信号进行赋值 将设计褓内的处理结果向 定义的信号或界面端口进 行赋值 调用过程或函数，并将获 得的结果赋值于信号 对其它设计实体作元件调 用说明，并将此元件的端 口与其它的元件、信号或 高层次实体的界面端口进 行连接 进程（process） process语句结构包含了一个代表着设计实体中部分逻 辑行为的、独立的顺序语句描述的进程。与并行语句的 同时执行方式不同，顺序语句可以根据设计者的要求， 利用顺序可控的语句，完成逐条执行的功能 一个结构体中可以有多个并行运行的进程结构而每一个 进程的内部结构却是由一系列顺序语句来构成 vhdl语言中的顺序是指语句按序执行上的顺序性，只是 相对于计算机中的软件行为仿真的模拟过程而言的，这 个过程与硬件结构中实现的对应的逻辑行为是不相同的 process 结构中既可以有时序逻辑的描述，也可以有组 合逻辑的描述；硬件中的组合逻辑具有最典型的并行逻 辑功能，而硬件中的时序逻辑也并非都是以顺序方式工 作的 进程（process） process 语句格式 进程标号: process ( 敏感信号参数表 ) is 进程说明部分 begin 顺序描述语句 end process 进程标号; 当进程中定义的任一敏感信号发生更新时，由 顺序语句定义的行为就要重复执行一次，当进程 中最后一个语句执行完成后，执行过程将返回到 进程的第一个语句，以等待下一次敏感信号变化 进程（process） 进程（process）的组成 进程由进程说明、敏感信号参数表、顺序描语句三 部分组成 进程说明部分主要定义一些局部量，可包括：数据 类型、常数、变量、属性、子程序等，但不可以定 义信号和共享变量 敏感信号参数表需列出用于启动本进程可读入的信 号名 顺序描述语句部分包括：赋值语句（信号赋值、变 量赋值）、进程启动语句、子程序调用语句、顺序 描述语句和进程跳出语句等 led控制电路工作原理 led控制电路工作原理 mclk为fpga时钟输入，为10mhz led控制电路的led0-led2引脚输出为低电平 时，对应的led灯点亮；反之则熄灭 led0-led2控制寄存器为控制电路内部寄存器 ，用于存储对应led灯点亮的时间（时钟周 期数） 三个led默认为熄灭状态，当控制寄存器中 写入数值后对应led点亮，同时开始倒计时 ，计时结束后对应led熄灭 led控制电路工作原理 wr，rd，