【锆石A4 FPGA试用体验】由组合逻辑开始学习FPGA编程

FPGA

本帖最后由 jinglixixi 于 2017-9-15 17:11 编辑

在掌握下载器的使用方法后，就可以利用Quartus II 13.1来编写和验证程序了。我是按照验证、修改、编写、应用的节奏来学习FPGA编程的。

所谓“验证”，就是利用光盘所配的例程来进行编程学习，并通过验证了解程序的功能和时序方式。我选的首个例程是LED灯测试程序。由于它的程序极为简单，故适于零起点起步。

由于该例程已带有sof文件，故直接下载即可得到图1所示的运行效果。

LED灯测试效果

所谓“修改”，就是我们通过极简单的功能，即可达到新的效果或功能，以LED灯的测试程序为例其核心就是根据赋值语句来控制LED灯的状态，仿此我们只需变更输出值即可改变LED灯的显示效果，如：

assign LED0 = 1'b1; //输出高电平，使LED灯熄灭

assign LED1 = 1'b0; //输出低电平，使LED灯点亮

assign LED2 = 1'b0;

assign LED3 = 1'b1;

assign LED4 = 1'b1;

assign LED5 = 1'b0;

assign LED6 = 1'b0;

assign LED7 = 1'b1;

然而在编译时才发现试用版的Quartus 是无法生成sof文件，必须进行破解才能解决。

再解决了sof文件生成之后，就可以自行走一轮程序的“编写”过程了，当然程序内容可以原样照搬例程的代码，目的不在别的就是完整掌握程序编写的流程。

有了前面的基础，才能够向“应用”迈进，当然应用有益有难，但即使功能再简单，若能按自己的设想来实现程序功能就是自己的应用成果。

从起点来讲，组合逻辑要比时序逻辑好一些，因此建议程序的编写从组合逻辑入手比较好，然后再接触时序逻辑的程序设计。

以按键的例程为基础，我们只需简单的修改就可以将它改造成一个逻辑功能模拟程序，其程序如下：

//-----------------------------------------------------------------------------
//-- 文件名 : A4_luojimoni.v
//-- 作者 : jinglixixi
//-- 描述 : 使用 LED0,LED1,LED2显示KEY0,KEY1,KEY2的输入状态，
//-- 使用 LED4显示KEY0逻辑非
//-- 使用 LED5显示KEY1,KEY2的逻辑与
//-- 使用 LED6显示KEY1,KEY2的逻辑或
//-- 使用 LED7显示KEY1,KEY2的逻辑异或
//-----------------------------------------------------------------------------
module A4_Key3
(
//输入端口
KEY0,KEY1,KEY2,KEY3,KEY4,KEY5,KEY6,KEY7,
//输出端口
LED0,LED1,LED2,LED3,LED4,LED5,LED6,LED7
);
//---------------------------------------------------------------------------
//-- 外部端口声明
//---------------------------------------------------------------------------
input KEY0,KEY1,KEY2,KEY3,KEY4,KEY5,KEY6,KEY7; //对应开发板上的KEY
output LED0,LED1,LED2,LED3,LED4,LED5,LED6,LED7; //对应开发板上的LED
//---------------------------------------------------------------------------
//-- 逻辑功能实现
//---------------------------------------------------------------------------
assign LED0 = ~KEY0; //触摸按键1控制D1
assign LED1 = ~KEY1; //触摸按键2控制D2
assign LED2 = ~KEY2; //触摸按键3控制D3
assign LED3 = 1'b1; //使LED灯熄灭
assign LED4 = KEY0; //KEY0逻辑非
assign LED5 =(~KEY1)&(~KEY2); //KEY1,KEY2的逻辑与
assign LED6 = (~KEY1)|(~KEY2); //KEY1,KEY2的逻辑或
assign LED7 = (~KEY1)^(~KEY2); //KEY1,KEY2的逻辑异或
endmodule //模块的结束

复制代码

开发板相关部分原理图

在此程序的基础上，若建立以下对应关系，则可模拟一个逻辑芯片的功能。

开发板与74C32的引脚对应关系：

KEY0 ---- 1A KEY1 ---- 1B LED0 ---- 1Y

KEY2 ---- 2A KEY3 ---- 2B LED2 ---- 2Y

KEY4 ---- 3A KEY5 ---- 3B LED4 ---- 3Y

KEY6 ---- 4A KEY7 ---- 4B LED6 ---- 4Y

实现逻辑芯片74LS32的程序如下：

assign LED0 =(~KEY0)|(~KEY1); //KEY0,KEY1的逻辑或

assign LED2 =(~KEY2)|(~KEY3); //KEY2,KEY3的逻辑或

assign LED4 = (~KEY4)|(~KEY5); //KEY4,KEY5的逻辑或

assign LED6 = (~KEY6)|(~KEY7); //KEY6,KEY7的逻辑或

仿此，我们实现四2输入与门74LS08、四2输入异或门74LS86等。

除了实现逻辑功能外，还可译码器和编码器等，下面就介绍一下译码器的实现方法，编码器类此。

开发板与74C32的引脚对应关系：

LED0 ---- Y0 LED1 ---- Y1

LED2 ---- Y2 LED3 ---- Y3

LED4 ---- Y4 LED5 ---- Y5

LED6 ---- Y6 LED7 ---- Y7

KEY0 ---- A0 KEY1 ---- A1

KEY2 ---- A2

74LS138逻辑表达式

实现译码器功能的程序如下：:

assign LED0 = ~((~KEY0)&(~KEY1)&(~KEY2));

assign LED1 = ~(KEY0&(~KEY1)&(~KEY2));

assign LED2 = ~((~KEY0)&KEY1&(~KEY2));

assign LED3 = ~(KEY0&KEY1&(~KEY2));

assign LED4 = ~((~KEY0)&(~KEY1)&KEY2);

assign LED5 = ~(KEY0&(~KEY1)&KEY2);

assign LED6 = ~((~KEY0)&KEY1&KEY2);

assign LED7 = ~(KEY0&KEY1&KEY2);

后面将结合时序逻辑的程序设计来丰富逻辑芯片的模拟仿真功能，如采用数码管来显示逻辑芯片的名称，以按键来选取模拟的芯片功能及对应功能模块实现逻辑功能等。

王栋春 · 2017-9-18 10:45:39

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