Verilog实现LED流水灯+基础入门语法+Modelsim仿真技巧+计数器+状态机+分频

FPGA设计的一个难点，就是设计技巧和规则的掌握，下面来看一个简单例子的实现过程，作为初级入门案例。
一、按键按下实现LED点亮
当LED引脚输出低电平时LED点亮，
（1）代码实现如下

module test(clk,rst_n,led); input clk ;input rst_n ;output reg led ; always @ ( posedge clk or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)                begin                        led<=0;                end        else        begin                        led<=1;        endendendmodule


（2）基础语法要点：
在always里面被赋值必须是reg变量。
凡是在时序电路中被赋值的变量 必须是非阻塞赋值。always @ ( posedge clk or negedge rst_n)
凡是在组合电路中被赋值的变量 必须是阻塞赋值always @ ( *)
（3）Modelsim仿真测试文件。

`timescale 1 ps/ 1 psmodule test_tb();reg clk;reg rst_n;                                             wire led;                 test i1 (        .clk(clk),        .led(led),        .rst_n(rst_n));initial                                                begin                                                                                            $display("Running testbench");      clk=0;rst_n=0;#1000 rst_n=1;end                                                    always #10 clk=~clk;                                                    endmodule测试文件设计要点（点击生成测试文件）



输入都改为reg（系统产生）输出都改为wire：连线（系统产生）实例化模块并连接导线。（系统产生）initial中初始化变量。（自己修改）always产生时钟。（自己修改）
（4）Modelsim仿真


仿真中常用命令：
do wave.do
restart
run 0.1ms
（5）如果点亮四个LED呢？
改变led输出变量的位宽：

module test(clk,rst_n,led); input clk ;input rst_n ;output reg [3:0]]led ; always @ ( posedge clk or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)                begin                        led<=4'b1111;                end        else        begin                        led<=4'b0000;        endendendmodule
同样改变测试文件位宽

wire [3:0] led ;
二、状态机设计实现流水灯
（1）模块代码
reg[1:0] state;

module test(clk,rst_n,led); input clk ;input rst_n ;output reg [3:0]led ; reg[1:0] state; always @ ( posedge clk or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)                begin                        led<=4'b1111;                        state<=0;                end        else        begin                case(state)                        0:begin                                led<=4'b0111;                                state<=1;                        end                        1:begin                                led<=4'b1011;                                state<=2;                                                end                        2:begin                                led<=4'b1101;                                        state<=3;                                                        end                        3:begin                                led<=4'b1110;                                state<=0;                                                end                        default:                                 state<=0;                        endcase        endendendmodule
（2）状态机正确仿真：


（3）设计要点
注意state变量的赋初值。
（4）频率反转太快、看不出LED效果。
改善方法1：
状态机中增加计数器。

module test(clk,rst_n,led); input clk ;input rst_n ;output reg [3:0]led ; reg[1:0] state;reg [3:0] counter;always @ ( posedge clk or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)                begin                        led<=4'b1111;                        state<=0;                        counter<=0;                end        else        begin                case(state)                        0:begin                                led<=4'b0111;                                if(counter<12)                                        counter<=counter+1;                                else                                        begin                                                counter<=0;                                                state<=1;                                        end                        end                        1:begin                                led<=4'b1011;                                if(counter<12)                                        counter<=counter+1;                                else                                        begin                                                counter<=0;                                                state<=2;                                        end                                        end                        2:begin                                led<=4'b1101;                                        if(counter<12)                                        counter<=counter+1;                                else                                        begin                                                counter<=0;                                                state<=3;                                        end                                                        end                        3:begin                                led<=4'b1110;                                if(counter<12)                                        counter<=counter+1;                                else                                        begin                                                counter<=0;                                                state<=0;                                        end                                                end                        default:                                 state<=0;                        endcase        endendendmodule

12的时候应该反转为什么延时一个周期呢？
因为是寄存器，等于是一个触发器，Q输出端等于get输入端 在上升沿来的时候

改善方法2：
分频，控制上升沿。

module test(clk,rst_n,led); input clk ;input rst_n ;output reg [3:0]led ; reg[1:0] state;reg [3:0] counter;reg clk_show; always @ ( posedge clk or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)                begin                        clk_show<=0;                        counter<=0;                end        else                if(counter<12)                        counter<=counter+1;                else                        begin                                counter<=0;                                                        clk_show=~clk_show;                        endend always @ ( posedge clk_show or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)                begin                        led<=4'b1111;                        state<=0;                end        else        begin                case(state)                        0:begin                                led<=4'b0111;                                state<=1;                        end                        1:begin                                led<=4'b1011;                                state<=2;                                end                        2:begin                                led<=4'b1101;                                        state<=3;                                                end                        3:begin                                led<=4'b1110;                                state<=0;                                end                        default:                                 state<=0;                        endcase        endendendmodule


测试：

`timescale 1 ps/ 1 psmodule test_tb();// constants                                           // general purpose registers// test vector input registersreg clk;reg rst_n;// wires                                               wire [3:0]led; // assign statements (if any)                          test i1 (// port map - connection between master ports and signals/registers           .clk(clk),        .led(led),        .rst_n(rst_n));initial                                                begin                                                  // code that executes only once                        // insert code here --> begin                                                                                 // --> end                                             $display("Running testbench");      clk=0;rst_n=0;#1000 rst_n=1;                 end                                                      always #10 clk=~clk;                                                    endmodule

（5）设计要点：
同一变量不能同时在两个always块内复制，如分频和状态机的两个always块，复位时复位什么变量由本块内用到的变量决定。基础十分重要，是FPGA设计的前提。通过以上学习我们学会了状态机  计数器  时钟分频电路的设计。
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Verilog实现LED流水灯