HME FPGA入门指导：HME-P(飞马)系列开发板实验教程——LED流水灯

一实验目的

熟悉 HME FPGA PLL IP 的使用，实现 LED 流水灯功能

二实验环境

IDE：福晞Fuxi、开发板：P0 176

HME_P0 176 开发板

三实验原理

3.1 实现框架

3.2 实验功能分析

使用 P0 内部 OSC 作为时钟源，通过 PLL 锁相环输出 50MHz 的时钟作为 LED 的控制时钟，依次点亮板载的 6 个 LED 灯，实现流水灯的效果。

每个 LED 灯一次点亮持续时间 0.5s，通过分时控制每个连接到 LED 灯的 I/O 电平的高低来实现。如 LED 的控制时钟是 50MHz（T=20ns），需要通过一个计数器来计数，当计数器的值是25000000时改变 LED 亮灭状态。

LED 部分原理图如下：

四OSC 与 PLL 使用

4.1 P0 OSC 使用

P0 内部有精准的 RC-OSC 时钟发生器，输出 80MHz 可作为系统的时钟源。rtl 代码可通过 Fuxi IP Wizard 将其例化出来使用，如下图：

创建出IP的代码如下：

4.2 P0 PLL 锁相环简介

锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL，Phase-locked Loop）。利用外部输入的参考时钟信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。

HME 系列产品的 PLL 模块能够提供可以综合的时钟频率，通过配置不同的参数可以进行时钟的频率调整（倍频和分频）、相位调整、占空比调整等功能。

PLL 可对输入时钟 CLKIN 进行频率调整（倍频和分频），计算公式如下：

FIN=输入时钟，可以是外部时钟，也可是芯片内部的 osc 时钟；后面会讲述内部 osc 的使用方法。

N=CFG_DIVN [6:0]+1

M=CFG_DIVM [6:0]+1

Cx=CFG_DIVCX[6:0]+1

N、M、Cx 为 PLL 的参数，IP 会自行推到计算。

4.3 PLL IP 使用

通过 IP Wizard 创建 PLL

Input Frequency 是 PLL 的输入频率，这里配置为 80MHz，是因为这里将 oscillator_v1 IP 实例的 clkout 80MHz 作为 PLL 的输入时钟。

如下图所示，选择了1个时钟输出通道，输出频率 clkout0 为 50MHz，将该时钟作为逻辑的系统时钟；locked 信号一开始为低电平，当各输出通道的时钟稳定后变为高电平；可利用该特性将 locked 信号作为系统的复位信号。

实例化 PLL 的 rtl 代码如下：

五RTL 功能实现

时钟源使用 P0 内部 osc 时钟 80MHz，osc 时钟作为 PLL 的输入，PLL clkout0 输出50MHz 时钟作为逻辑设计的系统时钟。通过计数器控制每个 LED 点亮持续 0.5s 并形成流水效果。

5.1 RTL Design

5.2 实验现象

5.2.1 I/O 约束

综合编译检查是否存在语法问题；通过后进行I/O约束；

如下图：

5.2.2 生成码流与下载

然后执行 Generate Bitstream 生成码流文件，下载至 P0 开发板进行验证。

6 个 LED 灯按照设定的顺序和时间依次点亮和熄灭，说明 PLL 输出时钟和逻辑设计符合预期。

审核编辑：汤梓红