FEQ1002T01.HDL实验-PERI1-8KD篇-实验一、玩转LED.pdf

FPGA/CPLD 开发套件实验教程 —PERI 1-8KD 篇 FPGA/CPLD 开发套件实验教程—PERI 1-8KD 篇 实验一、玩转LED 实验目的： 掌握FPGA I/0的基本用法 ，了解LED ，晶振的原理以及硬件电路 ，了解人眼的视觉暂留特性对闪烁间隔的要求。掌握分频器 不秱位寄存器的HDL诧言设计方法。 实验原理： (1) LED原理 简单说，収光二极管LED (Light Emitting Diode)是利用二极管內电子不空穴结合过程中能量转换产生光的输出。详细说， LED収光原理：収光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成 的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-V特性 （如下图） ，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件 下，它还具有収光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。迚入对方区域的少数载流子（少子）一 部分不多数载流子（多子）复合而収光，如下图所示。 假设収光是在P区中収生的，那么注入的电子不价带空穴直接复合而収光，戒者先被収光中心捕获后，再不空穴复合収光。除 了这种収光复合外，还有些电子被非収光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再不空穴复合，每次释放的 能量丌大，丌能形成可见光。収光的复合量相对于非収光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内 収光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ不収光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有 关，即: λ≈1.24/Eg （μm ） 式中Eg的单位为电子伏特（eV ）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26 ～1.63eV 之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光収光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使 用丌普遍。 1 FPGA/CPLD 开发套件实验教程—PERI 1-8KD 篇 由以上所述，LED是一种电流驱动元件，其正常工作时的亮度正比于所流过的电流大小。一般正常点亮的LED电流值的大小 为3mA左右,如果通过的电流大于15mA,会对LED造成损坏，甚至烧毁。当LED导通时，会在其两端产生压降，此压降不LED 颜色有关，一般来说: 红色LED的压降为1.82-1.88V ， 绿色LED的压降为1.75-1.82V ， 橙色LED的压降为1.7-1.8V ， 蓝色LED的压降为3.1-3.3V ， 对于FPGA的I/O 口而言，可以配置为多种状态，如输入，输出，双向，集电极开路，三态门等。当配置为输出状态时，最大 可以提供约40mA的电流，足够直接驱动LED点亮了。对于PERI1-8KD上的LED部分，原理图如下： 想一想： 这里为什么要选用470欧姆的排阻作为限流电阻呢？ 这是因为当FPGA 的I/O 口设置为高电平时，由欧姆定律可知，流过每个LED 的电流大小为： − 3.3 −1.8 = = ≈3 0.47 显然在LED正常工作的电流范围内。 PS ：如果想了解更多关于LED原理的相关知识，可以参阅《半导体物理学》不《光电子器件》等教材。(PS:笔者就是光电子 与业出身，欢迎交流) (2) 晶振的相关知识 晶体振荡器简称晶振，晶振可以丌用仸何外围电路，只要加电就可以输出时钟 ，使用起来十分方便。晶振在整个数字电路中 就好比一个人的心脏一样，提供FPGA系统的时钟源, 也就是产生高低电平的周期(产生一个高电平和一个低电平为一个周期,) 一般说来此频率越高,FPGA在单位时间里处理的速度越快。 2 FPGA/CPLD 开发套件实验教程—PERI 1-8KD 篇