LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的芯片，芯片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個芯片被環(huán)氧樹脂封裝起來。

半導(dǎo)體芯片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當電流通過導(dǎo)線作用于這個芯片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。

最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光視效能的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nLED燈m。藍光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到白光。

對于InGaN/YAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運用最多。

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明德?lián)P的教學(xué)板一共有8個可發(fā)綠光的LED燈。下面是LED燈的原理圖。

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左邊的LED1~LED8是板子上LED燈的絲印。右邊的LED1~LED8_NET是信號線名，讀者在板子上是看不到這些信號線的。

LED燈一端連著高電平3.3V，另一端是信號線LED1~LED8_NET。如果LED1~LED8_NET是高電平，則電流不導(dǎo)通，那么LED燈則不會發(fā)光。如果LED1~LED8_NET是低電平，則電流會導(dǎo)通，那么LED燈就發(fā)光。所以LED燈發(fā)光與否，取決于信號LED1~LED8_NET處于什么電平。

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信號線LED1~LED8_NET又連到哪里呢？搜索下原理圖文檔，可以發(fā)現(xiàn)這些信號是連到FPGA的管腳上的。

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下面信號線和FPGA管腳的連接圖，例如信號線LED1是連接到FPGA的AA4管腳上。

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LED1~LED8_NET分別與FPGA的8個管腳相連，所以LED1~LED8_NET處于什么電平，即LED燈是否要發(fā)光，就取決于FPGA管腳的輸出了。

例如FPGA管腳AB14連到LED7上。要控制這個燈的亮滅，F(xiàn)PGA只需要將管腳AB14輸出為低高就可以了。當輸出為高電平時，LED7燈為滅，當輸出為低電平時，LED7燈為暗。8個LED燈都可由FPGA獨立控制。

2設(shè)計目標

本工程使用1個LED燈---LED1，實現(xiàn)一個閃爍燈的功能。工程的工作時鐘是50M，也就是時鐘周期為20ns。當管腳AA4輸出低電平時，LED1燈亮，輸出高電平時，LED1燈滅。具體功能要求是：隔1秒，亮N秒。N的變化是：1，2，3，---，9秒，然后再次循環(huán)。下面是波形圖：

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上板效果圖如下圖所示：

3設(shè)計實現(xiàn)3.1 頂層信號

新建目錄：D:\mdy_book\my_led。在該目錄中，新建一個名為my_led.v的文件，并用GVIM打開，開始編寫代碼。

我們先分析一下板子上的LED燈。要控制1個LED燈亮和滅，那就FPGA需要產(chǎn)生一個信號，假定為led，這個信號連接到led燈上。要讓LED燈滅，F(xiàn)PGA將信號led輸出為1；要讓LED燈亮，F(xiàn)PGA將信號led輸出為0。下面表格表示了硬件電路圖的連接關(guān)系。

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綜上所述，我們這個工程需要三個信號，時鐘clk，復(fù)位rst_n和輸出信號led。將module的名稱定義為my_led，為此，代碼如下：

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綜上所述，我們這個工程需要三個信號，時鐘clk，復(fù)位rst_n和輸出信號led。將module的名稱定義為my_led，為此，代碼如下：

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其中clk、rst_n是輸入信號，led是輸出信號，并且三個信號都是1比特的，根據(jù)這些信息，我們補充輸入輸出端口定義。代碼如下：

3.2??信號設(shè)計