FPGA——按键控制led灯

news2024/10/6 14:33:05

文章目录

- 一、实验环境
- 二、实验任务
- 三、系统设计
- 四、实验过程
- - 4.1 编写verilog代码
  - 4.2 引脚配置
- 五、仿真
- - 5.1 仿真代码
  - 5.2 仿真结果
- 六、实验结果
- 七、总结

一、实验环境

quartus 18.1
modelsim
vscode
Cyclone IV开发板

二、实验任务

使用开发板上的四个按键控制四个LED灯。按下不同的按键时，四个LED灯显示不同效果。
在这里插入图片描述

三、系统设计

四个按键外加时钟和复位信号作为输入，两个计数器模块分别用于0.2s时间的计数和状态的计数。led模式选择模块根据状态计数器的改变，来改变四个led的状态，形成不同的样式。
在这里插入图片描述

四、实验过程

4.1 编写verilog代码

module key_led(
	input 				clk  ,//时钟50MHz
	input 				rst_n,//复位信号，下降沿有效negtive
	input 	[3:0]		key  ,//四个按键
	
	output 	reg [3:0]	led   //四个led灯
	
);

parameter TIME = 24'd10_000_000;//0.2S
reg [23:0]	cnt ;//计数器0.2S
reg [1:0]	state;//记录四个led状态

//0.2s计数器模块
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
	if(!rst_n)begin//复位
		cnt <= 24'd0;//计数器清0
	end 
	else if(cnt == TIME - 1)begin//记满10_000_000,0~9_999_999
		cnt <= 24'd0;//计数器清0
	end 
	else begin
		cnt <= cnt + 1'd1;//其他情况下计数器加1
	end 
end 

//状态计数模块
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
	if(!rst_n)begin//复位信号
		state <= 2'd0;//状态清0
	end 
	else if(cnt == TIME - 1)begin//记满10_000_000,0~9_999_999 0.2s
		state <= state + 2'd1;//状态加1
	end 
	else begin
	state <= state;//其他情况状态保持不变
	end 
end 

//状态控制led模块
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
	if(!rst_n)begin//复位信号
		led <= 4'b0000;//led全灭
	end 
	else if(key[0] == 0)begin//右边第1个按键按下，按键低电平0有效
		case(state)//判断状态的值
			2'd0: led <= 4'b0001;//右边第1个led灯亮
			2'd1: led <= 4'b0010;//右边第2个led灯亮
			2'd2: led <= 4'b0100;//右边第3个led灯亮
			2'd3: led <= 4'b1000;//右边第4个led灯亮
			default:;//默认情况不能忘，可以不写，但是要把stat情况考虑完
		endcase 
	end 
	else if(key[1] == 0)begin//右边第2个按键按下，按键低电平0有效
		case(state)//判断状态的值
			2'd0: led <= 4'b1000;//左边第1个led灯亮
			2'd1: led <= 4'b0100;//左边第2个led灯亮
			2'd2: led <= 4'b0010;//左边第3个led灯亮
			2'd3: led <= 4'b0001;//左边第4个led灯亮
		default:;
		endcase 
	end 
	else if(key[2] == 0)begin//右边第3个按键按下，按键低电平0有效
		case(state)
			2'd0: led <= 4'b1111;//全亮
			2'd1: led <= 4'b0000;//全灭
			2'd2: led <= 4'b1111;//全亮
			2'd3: led <= 4'b0000;//全灭
		default:;
		endcase 
	end
	else if(key[3] == 0)begin//右边第4个按键按下，按键低电平0有效
		case(state)
			2'd0: led <= 4'b1111;//全亮
			2'd1: led <= 4'b1111;//全亮
			2'd2: led <= 4'b1111;//全亮
			2'd3: led <= 4'b1111;//全亮
		default:;
		endcase 
	end
	else begin
		led <= 4'b0000;//其他情况默认4个led灯全灭
	end 
end 
endmodule

4.2 引脚配置

在这里插入图片描述

五、仿真

5.1 仿真代码

`timescale 1ns/1ns//单位/精度
module key_led_tb();

reg 		clk  ;//时钟信号
reg 		rst_n;//复位信号
reg	 [3:0]	key  ;//按键信号

wire [3:0]	led  ;//led灯信号

parameter TIME  = 10;//间隔时间，由10_000_000变为10，便于仿真观察
parameter CYCLE = 20;//周期20ns
always #(CYCLE/2) clk = ~clk;//每10ns翻转一次，刚好模拟时钟周期50MHz

initial begin
	clk   = 1'b0;//初始时钟为低电平
	rst_n = 1'b0;//复位信号置0,下降沿有效，初始化
	#(CYCLE);//时钟20ns
	rst_n = 1'b1;//复位信号置1
	#(CYCLE * TIME * 4);//4个led灯，4个间隔，所以乘以4
	key   = 4'b1110;//按下右边第1个按键
	#(CYCLE * TIME * 4);
	key   = 4'b1101;//按下右边第2个按键
	#(CYCLE * TIME * 4);
	key   = 4'b1011;//按下右边第3个按键
	#(CYCLE * TIME * 4);
	key   = 4'b0111;//按下右边第4个按键
	#(CYCLE * TIME * 4);
	$stop;//停止
end 

//实例化模块
key_led	 #(.TIME (TIME)) u_key_led

(
.clk  		(clk)  ,//时钟50MHz
.rst_n		(rst_n),//复位信号，下降沿有效
.key  		(key)  ,//按键信号
             
.led		(led)//led灯
); 
endmodule