基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一、FPGA實(shí)現(xiàn)按鍵控制LED

1、實(shí)驗(yàn)一、FPGA 實(shí)現(xiàn)按鍵控制LED目的目的:通過這個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),使用戶了解FPGA 的基本開發(fā)流程,熟悉QuartusII 軟件的基本使用方法。 原理原理:利用常開按扭(可選KEY1至KEY4,在此選KEY1作為輸入,按鍵常開時(shí)輸入為1,按下時(shí)輸入為0,輸入經(jīng)過一個(gè)非門后輸出到實(shí)驗(yàn)板的一個(gè)LED (可選LED1至LED4,在此選LED1。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果:按下實(shí)驗(yàn)板上的按鍵KEY1時(shí)LED1點(diǎn)亮;松開KEY1時(shí)LED1熄滅。 實(shí)驗(yàn)步驟:1、 建立實(shí)驗(yàn)工程雙擊桌面快捷圖標(biāo)運(yùn)行QuartusII 軟件,建立工程,File-New Project Wizard如下圖點(diǎn)擊New Project Wi

2、zard 后彈出指定工程名的對(duì)話框,在以下3個(gè)方框中按如下填寫:按Next 按鈕,出現(xiàn)添加工程文件的對(duì)話框:因?yàn)闆]有現(xiàn)成的工程文件,我們先跳過這一步,按Next 進(jìn)行下一步,選擇FPGA 器件型號(hào):在“Family “框中選擇CycloneII 系列FPGA ,在“Available devices”中根據(jù)核心板的FPGA 型號(hào)確定工程器件,選擇下一步出現(xiàn)以下對(duì)話框:這里是選擇其它EDA 工具,對(duì)于該工程我們直接用QuartusII 軟件進(jìn)行開發(fā),因此不必做修改,按NEXT 進(jìn)入工程的信息總纜對(duì)話框:按Finishi 按紐即建立一個(gè)空項(xiàng)目。 2、 建立頂層圖執(zhí)行File-New ,彈出新建文件

3、對(duì)話框:選擇“B lock Diagram Schematic File”按確定后即建立一個(gè)缺省名為“B lock1.bdf”的空頂層圖,點(diǎn)擊F ile-Save as 保存該文件,并將Add file to current project”選項(xiàng)選上,以使該文件添加到工程中去。如下圖所示:3、添加邏輯元件雙擊頂層圖中的空白處,彈出添加元件的對(duì)話框:在L ibraries 里尋找所需要的邏輯元件,如果知道邏輯元件的名稱的話,可以直接在N ame 一欄中輸入器件的名稱,右邊顯示的是器件的外觀預(yù)覽圖,按OK后鼠標(biāo)圖標(biāo)會(huì)拖著一個(gè)你選中的元件符號(hào),在圖紙上點(diǎn)擊左鍵,元件即安放在圖紙上。按照以上方法分別添

4、加非門(not 、輸入端口( input 、輸出(output 三個(gè)圖標(biāo),如下圖:接下來進(jìn)行各圖標(biāo)之間的連線,把鼠標(biāo)移動(dòng)到連線端口那里,鼠標(biāo)變成摸樣,按下左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)到另一個(gè)圖標(biāo)的連線端口,連接完后的頂層圖如下圖所示。為各端口取名字,分別雙擊名稱“pin_name”、“pin_name1”,將它們的名字改為KEY 1和LED1如下圖:4、分配管腳接下來為工程中使用的芯片分配管腳,當(dāng)管腳數(shù)比較少時(shí)可以用Q uartusII 軟件中的“A ssignments-pins”菜單,但當(dāng)芯片要分配的引腳達(dá)到一定數(shù)目時(shí)我們一般用tcl 腳本文件進(jìn)行管腳分配,其優(yōu)點(diǎn)是可重用性好,易于管理,因此在此我們主要介

5、紹用tcl 的方法分配管腳。對(duì)于另外一種方法可參考其他文檔。在工程目錄下建立一個(gè)name 為Setup.tcl 的file 。File-New ,選擇other files 頁面:有關(guān)tcl 文件的更詳盡內(nèi)容可參考QuartusII 的幫助文檔,對(duì)于我們所選用的FPGA 開發(fā)板SOPC 開發(fā)板來說,由于不同型號(hào)的FPGA 核心板的管腳與實(shí)驗(yàn)板上的引腳也不同,因此不同的核心板對(duì)應(yīng)的.tcl 文件也不同(關(guān)于核心板引腳與實(shí)驗(yàn)板引腳對(duì)應(yīng)的詳細(xì)情況請(qǐng)學(xué)習(xí)套件用戶手冊(cè)”或相關(guān)電路原理圖。在實(shí)際項(xiàng)目中,該文件也可以根據(jù)具體管腳分配要求來改寫。對(duì)應(yīng)于EP2C5 EP2C8 FPGA 開發(fā)板引腳分配的腳本文件

6、如下: #Setup.tcl# Setup pin settingset_global_assignment -name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS AS INPUT TRI-STATEDset_global_assignment -name ENABLE_INIT_DONE_OUTPUT OFF set_location_assignment PIN_175 -to led1 set_location_assignment PIN_45 -to key1保存到工程目錄下,并注意在保存對(duì)話框選上“Add file to current project ”選項(xiàng)。然后打開Too

7、ls - Tcl Scripts,選中剛才編輯的Script 文件:Setup,并點(diǎn)擊Run ,如下圖:注意:建立工程時(shí)如果路徑名有中文字符或者路徑名有空格字符,則tcl Script 文件將運(yùn)行不了。比如,本例建立的工程“FPGA_led_test ”目錄是: C:alteraquartus51myq2projectsFPGA_led_test如果是:C:alteraquartus51my q2projectsFPGA_led_test在該目錄下運(yùn)行工程里的setup.tcl 就會(huì)出錯(cuò)。如果使用Tools - Tcl Scripts 后沒有彈出“tcl Script ”對(duì)話框可以試一下關(guān)了Q

8、II ,再重新打開。使用TCL 文件分配管腳是很方便的,用戶可以直接從相關(guān)例子工程中復(fù)制需要管腳分配表到自己的工程中,省時(shí)又方便。5. 設(shè)置。在建立工程的時(shí)候我們選定了芯片型號(hào),其實(shí)也可以在這一步設(shè)定芯片型號(hào),在菜單Assignments-Device :彈出設(shè)置對(duì)話框:根據(jù)核心板的FPGA 選擇芯片型號(hào),如上圖所示選擇EP1C3T144C8。點(diǎn)擊設(shè)置對(duì)話框的“Device & Pin Options ”按鈕彈出Device & Pin Options 對(duì)話框,并選擇該對(duì)話框的Configuration 選項(xiàng)卡,如下圖所示在Configuration 選項(xiàng)卡中,選擇如上圖所示內(nèi)容(注意: EP

9、2C5是型是EPCS1 配制芯片;EP2C8使用EPCS4 配制芯片,QII 軟件默認(rèn)是AUTO。在Unused Pins 標(biāo)簽中選擇reserve all unused pins : as input tri-stated 。其余留缺省設(shè)置即可。nCEO 管腳作用是當(dāng)FPGA 芯片配制完成后輸出一個(gè)低電平,常用在多FPGA 系統(tǒng),單FPGA 系統(tǒng)可以把此管腳設(shè)置為IO 使用。按OK 退出設(shè)置對(duì)話框,返回到頂層圖界面。 6. 編譯。按主工具欄上的編譯按鈕即開始編譯: QuartusII 下面的Message 窗口會(huì)顯示一些編譯信息,最后編譯成功彈出提示:7. 下載。(1 下載設(shè)置:如果第一次使

10、用下載線下載配置文件到FPGA ,則需要在QII 軟件設(shè)置下載線的型號(hào)等信息。先將ByteBlasterII 下載線的一頭接到PC 的并口,執(zhí)行菜單Tools-Programmer (如下圖打開下載界面,可看到No Hardware ,表示還沒有設(shè)置下載線,如下圖:點(diǎn)擊Hardware Setup ,彈出“Hardware Setup ”對(duì)話框:點(diǎn)擊“Add Hardware ”,彈出“Add Hardware ”對(duì)話筐:在Hardware type 下拉列表選擇“ByteBlasterMV or ByteBlasterII ”,點(diǎn)OK 返回Hardware Setup ”對(duì)話框,從“Curr

11、ently selected hardware :”下拉列表選擇ByteBlasterIILPT1,點(diǎn)擊Close ”返回下載界面,可看到下載線已經(jīng)被添加:注:在Hardware type 下拉列表選擇中“ByteBlasterMV or ByteBlasterII ”回到hardware setup 對(duì)話框顯示的卻是ByteBlaster 下載線而不是ByteBlasterII 下載線的話是不正確的。這說明計(jì)算機(jī)沒有識(shí)別出下載線,這有可能是計(jì)算機(jī)并口損壞或者下載線損壞。(2 將ByteBlasterII 下載線一頭與PC 連接,另一頭插入到JTAG 口或 EPCS1 的下載口。(3 FPGA

12、 核心板接上5V 電源。 (4 如果只是驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否成功,可通過JTAG 口把芯片的配置信息下載到FPGA 芯片內(nèi),掉電后配置信息丟失。此時(shí),下載界面的“Mode :”下拉列表應(yīng)選擇“JTAG ”,并選擇工程中.sof 后綴的文件進(jìn)行下載。(注意記得在“Program/Configure ”那個(gè)方框那里打上“”,其它“Verify ”、“Blank Check ”等可根據(jù)需要選擇。揚(yáng)光電子工作室 www.yg- qq:115513875 email:xiaoding113 （5） 如果要下載到非易失 Flash 配置芯片（掉電后配置信息不丟失）里去，則將 ByteBlasterII 插到 EP

13、CS1 芯片的下載口。 并在下載界面的 “Mode： 下拉列表應(yīng)選擇 ” “Active Serial Programming” ，并選擇工程中.pof 后綴的文件進(jìn)行下載。一般情況下使用 JTAG 下載 即可，等整個(gè)設(shè)計(jì)都完成了不需要再修改后才把最后的 POF 下載到 EPCS 芯片中。 （6） 下載完后可以發(fā)現(xiàn)核心板上只有 LED1 點(diǎn)亮，原因是我們?cè)?Setup.tcl 文件中指 定沒用的管腳為輸入&三態(tài)（set_global_assignment-name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS AS INPUT TRI-STATED） 沒用到的管腳定義也可以在設(shè)置項(xiàng)設(shè)置，菜單

14、“Assignments-Settings” ： 打開“Setting”對(duì)話框： 再點(diǎn)擊“Device & Pin Options” ，彈出“Device & Pin Options”對(duì)話框： 在“Unused Pins”標(biāo)簽頁，有未用到管腳的設(shè)置選項(xiàng)（ “Reserve all unsued pins”，用戶 ） 可以根據(jù)需要選擇。 “Device & Pin Options”對(duì)話框還有其它設(shè)置的標(biāo)簽頁，大家可以看看 其它的吧，多熟識(shí)一下 QuartusII 的界面。 8 結(jié)果。 在本例的設(shè)計(jì)中， 我們利用一個(gè)常開按鈕 （實(shí)驗(yàn)板上的 KEY1） 作為輸入 （常 開時(shí)輸入 1，閉合時(shí)輸入 0） ，經(jīng)過一個(gè)反向器后輸出到實(shí)驗(yàn)板的 LED1；因此按下（閉合） 實(shí)驗(yàn)板上的 KEY1 時(shí)該 LED1 滅。該設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，并沒有實(shí)際的用處，目的是為了更容易 理解 FPGA 的設(shè)計(jì)流程和 QuartusII 軟件的基本用法。 另外注意：插拔下載線要先斷電，在插下載線的時(shí)候注意需要用手托著 PCB 板底部， 以免會(huì)因?yàn)椴迦氲臅r(shí)候過于用力導(dǎo)致 PCB 板變形從而使 FPGA 脫焊的危險(xiǎn)。 EPC