1. LED闪烁控制

任务目标

设计一个基于时钟分频的LED闪烁电路，将开发板上的50MHz系统时钟分频为1Hz信号，驱动LED以1Hz频率（即每0.5秒翻转一次状态）闪烁。

环境与依赖

• 硬件平台：任意搭载50MHz时钟源的FPGA开发板（如Altera DE系列、Xilinx Artix-7系列）
• 开发工具：Quartus II / Vivado / ModelSim（任选其一）
• 目标器件：支持Verilog-2001标准的FPGA芯片

核心原理

50MHz时钟周期为20ns。要产生1Hz信号，需要计数25,000,000个时钟周期（0.5秒）后翻转一次输出。使用一个26位计数器（最大计数值2^26-1 = 67,108,863 > 25,000,000）即可满足需求。当计数器计满25,000,000-1时清零并翻转LED输出。

完整代码

module led_blink (
    input       clk,      // 50MHz 系统时钟
    input       rst_n,    // 低电平复位
    output reg  led       // LED输出
);

    // 计数器位宽：2^26 = 67,108,864 > 25,000,000
    reg [25:0] cnt;
    
    // 分频参数：50MHz / 2 / 1Hz = 25,000,000
    localparam CNT_MAX = 26'd25_000_000 - 1'b1;

    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            cnt <= 26'd0;
            led <= 1'b0;
        end
        else if (cnt == CNT_MAX) begin
            cnt <= 26'd0;
            led <= ~led;    // 翻转LED状态
        end
        else begin
            cnt <= cnt + 1'b1;
        end
    end

endmodule

仿真测试代码（可选）

为快速验证逻辑正确性，可缩短计数参数进行仿真。以下testbench将CNT_MAX临时改为4（即每5个时钟周期翻转一次），便于观察波形：

module led_blink_tb;
    reg clk = 0;
    reg rst_n = 0;
    wire led;
    
    // 实例化被测模块（仿真时需将CNT_MAX改为4）
    led_blink uut (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .led(led)
    );
    
    always #10 clk = ~clk;  // 50MHz时钟
    
    initial begin
        #20 rst_n = 1;      // 释放复位
        #200 $finish;       // 仿真200ns
    end
    
    initial begin
        $monitor("Time=%0t led=%b", $time, led);
    end
endmodule

运行与验证

1. 综合与烧录：在Quartus/Vivado中新建工程，将led_blink.v设为顶层文件，绑定引脚（clk接50MHz晶振引脚，rst_n接按键，led接板载LED），编译后下载到FPGA。
2. 硬件验证：按下复位键释放后，观察LED是否以约1Hz频率（每秒亮灭各一次）闪烁。可用秒表计时10次闪烁，耗时约10秒即通过。
3. 仿真验证：若使用testbench，需将代码中CNT_MAX临时改为26'd4（即每5个时钟周期翻转），运行仿真后观察led信号每50ns翻转一次（5周期×10ns），波形呈方波即逻辑正确。验证后务必改回25,000,000。

预期仿真输出

当CNT_MAX=4时，led信号在0-50ns为低电平，50-100ns为高电平，之后每50ns翻转一次，占空比50%的方波。

常见问题

• LED不闪烁：检查rst_n是否释放（高电平有效工作）；确认引脚绑定正确；若LED常亮或常灭，检查计数器是否溢出——确保cnt位宽足够（26位）。
• 闪烁频率偏差：确认系统时钟是否为精确50MHz。若为其他频率（如27MHz、100MHz），需按公式CNT_MAX = 时钟频率/2/目标频率 - 1重新计算。