ZYNQ之FPGA LED 灯闪烁实验

一、LED 灯简介

        LED灯，又名发光二极管。LED灯工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光），抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长。由于这些优点，LED灯被广泛用在仪器仪表中作指示灯、液晶屏背光源等诸多领域。

        不同材料的发光二极管可以发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白这八种颜色的光。图1.1是可以发 出黄、红、蓝三种颜色的直插型二极管实物图，这种二极管长的一端是阳极，短的一端是阴极。图1.2是 开发板上用的贴片二极管实物图。贴片二极管的正面一般都有颜色标记，有标记的那端就是阴极。

图1.1 发光二极管实物图

 图1.2 贴片发光二极管实物图

        发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性。给它加上阳极正向电压后，通过 5mA 左右的电流就可 以使二极管发光。通过二极管的电流越大，发出的光亮度越强。不 过我们一般将电流限定在 3~20mA 之间， 否则电流过大就会烧坏二极管。

二、实验任务

        本节实验任务是使领航者底板上的 PL LED0 和 PL LED1 以固定的频率交替闪烁。

三、硬件设计

        底板上 LED 的原理图如下图所示：

图3.1 LED 灯硬件原理图

         在图 3.1 中，PL_LED0 和 PL_LED1 连接到 ZYNQ 的  PL 端，PS_LED0 和 PS_LED1 连接到 ZYNQ 的 PS 端。我们只使用  PL 端的外设。PL_LED0 和 PL_LED1 的阴极通过    470  欧姆的电阻连到地（GND）上，阳极由 ZYNQ PL 的 IO 管脚控 制，LED 与地之间的电阻起到限流作用。本实验中，系统时钟、按键复位以及两个  LED 端口的管脚分配如下表所示，其中复位按键和两个  LED 位于底板上，时钟位于核心板上：

LED闪烁实验管脚分配

信号名	方向	管脚	端口说明	电平标准
sys_clk	input	U18	系统时钟，50MHZ	LVCMOS33
sys_rst_n	input	J15	系统复位按键，低电平有效	LVCMOS33
led[0]	output	J18	PL_LED0（底板	LVCMOS33
led[1]	output	H18	PL_LED1（底板）	LVCMOS3

        对应的 XDC 约束语句如下所示：  

set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN H18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}]

四、程序设计

       由于发光二极管的阳极与  ZYNQ 的管脚相连，只需要改变与 LED 灯相连的 ZYNQ 管脚的电平，LED 灯的亮灭状态就会发生变化。当  ZYNQ 管脚为高电平时，LED 灯点亮；为低电平时，LED 灯熄灭。

        本次设计的模块端口及信号连接如下图所示：

        图4.1 LED灯模块原理图

        其中，计数器对 50MHz 时钟进行计数，从而达到计时的目的。计数器在每次计时到 1 秒之后清零，然后重新开始计数，计数的值用于控制 LED 的显示状态。当计数器的值小于 0.5s 时，就把 LED0 点亮并把 LED1 熄灭；每当计数器的值大于 0.5s 时，就把 LED0 熄灭并把 LED1 点亮，以此实现两个 LED 的交替闪烁。

        LED 闪烁模块的代码如下：

module  led_twinkle(
    input        sys_clk,        //系统时钟
    input        sys_rst_n;      //系统复位，低电平有效
    
    output [1:0] led;            //LED灯
);

//reg define
reg [25:0] cnt;

//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************

//对计数器的值进行判断，以输出  LED的状态
assign led = (cnt < 26'd2500_0000) ? 2'b01 : 2'b10 ;

//计数器在  0~5000_000之间进行计数
always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if(!sys_rst_n)
         cnt <= 26'd0;
    else if(cnt < 26'd5000_0000)
         cnt <= cnt + 1'b1;
    else
         cnt <= 26'd0;
end

endmodule

        本程序中输入时钟为 50MHz，所以一个时钟周期为 20ns（1/50MHz）。因此计数器 cnt 通过对 50MHz 系统时钟计数，计时到 1s，需要累加 1s/20ns=5000_0000 次。在代码第 23 行，每 当计时到 1s 计数器清零一 次。

五、下载验证

 不让我传视频