一． 流水灯
1.1流水灯原理
流水灯是每个学电子的入门“游戏” ，示意图如图1，其原理极其简单，但是可玩性却极强，可以就8个LED写出不同花样的程序。在1.2中我们列出两个不同思路的代码作为VHDL的入门例程。
图1 流水灯电路图
1.2 流水灯例程
这里提供两个不同的代码。
第一个代码的思路是先对系统时钟分频，产生1s信号（即变量count取值到25000000，这样分频时间=20ns*25000000*2=1s）,然后使用移位操作符指令进行操作。该指令是在VHDL93中引入的，包括sll,srl,sla,sra,rol,ror6个指令，指令操作如图2一目了然。值得注意的是，使用该指令，左操作数必须是BIT_VECTOR类型，右操作数必须是INTEGER类型（前面可以有负号）。
图2 移位操作符示意图
例如：令x <= “10110”,则
y <= x sll 2 ;--逻辑左移两位，y <= “ 11000”,空余位填充0
y <= x srl 2 ;--逻辑右移两位，y <= “00101”,空余位填充0
y <= x sla 2 ;--算术左移两位，y <= “11000”,空余位复制最右边上的数值
y <= x sra 2 ;--算术右移两位，y <= “11101”,空余位复制最左边上的数值
y <= x rol 2 ;--循环逻辑左移两位，y <= “11010”,左侧移出位填补到右侧
y <= x ror 2 ;--循环逻辑右移两位，y <= “10101”,右侧移出位填补到左侧
例程一：
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library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
--------------------------------------------------------------------------------------------------
entity VHDL_LEDWATER1 is
port (
Clk : in STD_LOGIC; --创建时钟端口，连接开发板PIN23
Rst : in STD_LOGIC; --创建复位端口，连接开发板PIN116
Output : out BIT_VECTOR( downto ) --创建输出端口，对应8个LED。分别
--为PIN142-PIN133，要使用移位操作符
); --其左侧必须为BIT_VECTOR类型
end VHDL_LEDWATER1;
--------------------------------------------------------------------------------------------------
architecture behave of VHDL_LEDWATER1 is
signal Clk1 : STD_LOGIC; --建立中间时钟信号
begin
P1:process(Clk)
variable count : INTEGER range to := ; --变量初始值不可综合，在仿真中使用，并
variable count1: STD_LOGIC := ''; --且为便于仿真，这里取到25，当烧写到开
--发板时候，改写为25000000即可
begin
if(Rst = '') then
count := ;
elsif(Clk'event and Clk = '') then
count := count + ;
if(count = ) then --这里使用=,而不是>=,可以防止产生比较器,节省硬件资源
count := ;
count1 := not count1;
end if;
end if;
Clk1 <= count1;
end process P1;
P2:process(Clk1)
variable temp : BIT_VECTOR( downto ) := "";--注意左操作数类型
begin
if(Clk1'event and Clk1 = '') then
temp := (temp rol );
end if;
Output <= temp;
end process P2;
end architecture;--------------------------------------------------------------------------------------------------
仿真波形：
从仿真波形中，可以验证例程的正确性。
第二个代码的思路是先对系统时钟分频，产生1s信号,然后对该1s信号进行模8计数，再利用case-when语句进行判断，进而控制LED。
例程二：
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library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;--该库定义了std_logic(8值)和std_ulogic（9值）多值逻辑结构
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entity LEDWATER is
port (
Clk : in STD_LOGIC; --创建时钟端口，连接开发板PIN23
Rst : in STD_LOGIC; --创建复位端口，连接开发板PIN116
Output : out STD_LOGIC_VECTOR( downto ) --创建输出端口，连接开发板PIN142-PIN133
);
end LEDWATER;
--------------------------------------------------------------------------------------------------
architecture BEHAVIOR_LEDWATER of LEDWATER is
signal Clk1 : STD_LOGIC; --建立中间时钟信号
begin
P1: process(Clk) --进程1，对时钟信号进行N分频
variable count : INTEGER range to := ;--变量初始值不可综合，在仿真中使用
variable count1: STD_LOGIC := '';
begin
if(Rst = '') then
count := ;
elsif(Clk'event and Clk = '') then
count := count + ;
if(count = ) then
count := ;
count1:= not count1;
end if;
Clk1 <= count1;
end if;
end process;
P2: process(Clk1) --进程2，对分频信号进行计数，进而控制LED亮灭
variable count2 : INTEGER range to := ;--变量初始值不可综合，在仿真中使用
begin
if(Clk1'event and Clk1 = '') then
count2 := count2 + ;
if(count2 = ) then
count2 := ;
end if;
end if;
case count2 is
when => Output <= "";
when => Output <= "";
when => Output <= "";
when => Output <= "";
when => Output <= "";
when => Output <= "";
when => Output <= "";
when => Output <= "";
when others => Output <= (others => 'Z');
end case;
end process;
end BEHAVIOR_LEDWATER;仿真波形：
从仿真波形中，可以验证例程的正确性。
1.3 总结
其实，肯定还有其他精妙的想法，这里只列举了两种代码作为学习的开头。不过通过两个代码的学习，也熟悉了移位操作符和case-when语句的使用。下一节将开始数码管的学习。
参考文献：
[1] Volnei A.Pedroni.VHDL 数字电路设计教程[M].北京:电子工业出版社,2009:39-40;
[2] http://leonmoon.blog.hexun.com/4609284_d.html