FPGA学习：PLL分频计数的LED闪烁实例

如图8.17所示，本实例将用到FPGA内部的PLL资源，输入FPGA引脚上的25MHz时钟，配置PLL使其输出4路分别为12.5MHz、25MHz、50MHz和100MHz的时钟信号，这4路时钟信号又分别驱动4个不同位宽的计数器不停的计数工作，这些计数器的最高位最终输出用于控制4个不同的LED亮灭。由于这4个时钟频率都有一定的倍数关系，所以我们也很容易通过调整合理的计数器位宽，达到4个LED闪烁一致的控制。

图8.17 基于PLL分频计数的LED闪烁功能框图

cy4.v模块代码解析

先来看cy4.v模块的代码，它是工程的顶层模块，主要做接口定义和模块例化，一般不会在这个模块中做任何的具体逻辑设计。

首先是接口部分，只有时钟、复位和8个LED信号。

module cy4(

input ext_clk_25m, //外部输入25MHz时钟信号

input ext_rst_n,   //外部输入复位信号，低电平有效

output[7:0] led    //8个LED指示灯接口   

);                                                

接着这里申明5个wire类型的信号，所有在不同模块间接口的信号，在它们的上级模块中都必须定义为wire类型，这里有4个不同频率的时钟以及由PLL的lock信号引出的复位信号sys_rst_n。

wire clk_12m5;  //PLL输出12.5MHz时钟

wire clk_25m;   //PLL输出25MHz时钟

wire clk_50m;   //PLL输出50MHz时钟

wire clk_100m;  //PLL输出100MHz时钟

wire sys_rst_n; //PLL输出的locked信号，作为FPGA内部的复位信号，低电平复位，高电平正常工作

PLL是我们配置的IP核模块，它需要在我们的代码中例化，如下所示。

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//PLL例化

pll_controller  pll_controller_inst (

.areset ( !ext_rst_n ),

.inclk0 ( ext_clk_25m ),

.c0 ( clk_12m5 ),

.c1 ( clk_25m ),

.c2 ( clk_50m ),

.c3 ( clk_100m ),

.locked ( sys_rst_n )

);  

最后4个LED闪烁控制模块的例化，它们的源码都是led_controller.v模块，但它们的名称不一样，分别为uut_led_controller_clk12m5、uut_led_controller_clk25m、uut_led_controller_clk50m、uut_led_controller_clk100m。这样的定义方式最终实现效果不同于软件的函数调用，软件的函数调用只有一个函数，分时复用；而FPGA的这种代码例化却会实现4个完全一样的硬件逻辑。当然了，这4个模块还略有不同，就是两个名称中间的“#(n)”，n有23、24、25和26，这个是输入到led_controller.v模块的一个参数，大家别急，后面我们马上就会提到它。

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//12.5MHz时钟进行分频闪烁，计数器为23位                                                         

led_controller  #(23)       uut_led_controller_clk12m5(

.clk(clk_12m5),    //时钟信号

.rst_n(sys_rst_n), //复位信号，低电平有效

.sled(led[0])      //LED指示灯接口   

);

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//25MHz时钟进行分频闪烁，计数器为24位                                                           

led_controller  #(24)       uut_led_controller_clk25m(

.clk(clk_25m),     //时钟信号

.rst_n(sys_rst_n), //复位信号，低电平有效

.sled(led[1])      //LED指示灯接口   

);

//-------------------------------------

//25MHz时钟进行分频闪烁，计数器为25位                                                           

led_controller  #(25)       uut_led_controller_clk50m(

.clk(clk_50m),     //时钟信号

.rst_n(sys_rst_n), //复位信号，低电平有效

.sled(led[2])      //LED指示灯接口   

);

//-------------------------------------

//25MHz时钟进行分频闪烁，计数器为26位                                                           

led_controller  #(26)       uut_led_controller_clk100m(

.clk(clk_100m),    //时钟信号

.rst_n(sys_rst_n), //复位信号，低电平有效

.sled(led[3])      //LED指示灯接口   

);      

//-------------------------------------                           

//高4位LED指示灯关闭                        

assign led[7:4] = 4'b1111;         

endmodule

led_controller.v模块代码解析

led_controller.v模块代码如下，这里重点注意我们上面刚刚提到的输入参数。在代码中，有“parameter CNT_HIGH = 24;”这样的定义，若是例化这个模块的上层接口中不定义“#(n)”，则表示“parameter CNT_HIGH = 24;”语句生效，若是定义的“#(n)”中的n值与代码中定义的24不同，那么以n为最终值。

module led_controller(

input clk,      //时钟信号

input rst_n,    //复位信号，低电平有效

output sled     //LED指示灯接口   

);                                                

parameter CNT_HIGH = 24;   //计数器最高位

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reg[(CNT_HIGH-1):0] cnt;       //24位计数器      

//cnt计数器进行循环计数

always @ (posedge clk or negedge rst_n)                                   

if(!rst_n) cnt <= 0;                                          

else cnt <= cnt+1'b1;                                         

assign sled = cnt[CNT_HIGH-1];         

endmodule