FPGA入门教程：VHDL实现流水灯计数器

"流水灯 VHDL程序，适合FPGA初学者学习" 在VHDL编程中，流水灯是一种常见的设计示例，它主要用于演示硬件逻辑的控制和时序概念。这个程序是为FPGA（Field-Programmable Gate Array）初学者设计的，通过实现一个简单的计数器来驱动流水灯效果。 流水灯的基本原理是，一组LED灯按照特定顺序依次点亮或熄灭，形成“流动”的视觉效果。在这个VHDL程序中，核心部分是一个计数器模块，名为`counter.vhd`。计数器模块负责生成连续的数字，这些数字可以用来控制LED灯的状态，从而实现流水灯的效果。 计数器模块的定义包含以下几个关键部分： 1. **通用参数**：`UNIT` 和 `COUNTER_WIDTH` 是两个重要的参数。`UNIT` 定义了计数器的最大计数值（模值），而 `COUNTER_WIDTH` 表示计数器输出的位宽，即需要多少位二进制来表示 `UNIT`。在这个例子中，`UNIT` 默认设置为16，`COUNTER_WIDTH` 设置为4，这意味着计数器能从0计数到15。 2. **输入和输出端口**：计数器有三个输入端口：`i`（输入脉冲），`clk`（时钟）和`rst`（复位信号）。`i` 通常用于启动一个新的计数周期，`clk` 是时钟信号，控制计数器的增计数，`rst` 是低电平有效的复位信号，当其为低时，计数器会被复位到0。输出端口 `o` 是一个宽度为 `COUNTER_WIDTH` 的二进制向量，它在每个时钟周期后输出当前的计数值。 3. **内部信号**：`counter` 是一个存储当前计数值的内部信号，与输出端口 `o` 相连。`din_1` 和 `i_posedge` 是辅助信号，用于处理时钟边沿检测。 4. **进程（process）**：在VHDL中，进程用于描述时序逻辑。这个进程监控 `clk` 和 `rst` 信号。当 `rst` 为低时，计数器被复位，`din_1` 被置为1。在非复位状态下，如果检测到 `clk` 的上升沿，`counter` 将递增，直到达到 `UNIT-1` 后重置为0。`o` 一直等于 `counter` 的当前值，因此输出的二进制序列将驱动流水灯的LED灯亮灭。 为了实现流水灯效果，通常还需要一个额外的控制模块，该模块基于计数器的输出来决定哪些LED应该亮起。这个控制模块会解析 `o` 的每一位，并根据其值控制相应的LED。例如，如果流水灯有8个LED，那么当 `o` 为“0001”时，第一个LED亮起，当 `o` 变为“0010”时，第二个LED亮起，以此类推，形成流水效果。 通过理解和实现这样的VHDL程序，FPGA初学者可以学习到数字逻辑设计的基本原理，包括计数器、时钟信号处理、复位逻辑以及如何在硬件上控制LED灯。此外，还可以了解VHDL的结构、语法和时序控制，这些都是数字系统设计的基础。