FPGA 按键控制流水灯的状态及其仿真

深藏阁楼爱情的钟 2022-12-17 04:26 215阅读 0赞

##  第一：项目需求， ##

四种按键对应四种不同的LED灯状态。，不同状态变化时间间隔是0.2s。

## 第二：运行的代码 ##

//右下角坐标，如何改变时间尺度
    module key_led(
        input               sys_clk  ,    //50Mhz系统时钟
        input               sys_rst_n,    //系统复位，低有效
        input        [3:0]  key,          //按键输入信号
        output  reg  [3:0]  led           //LED输出信号
        );
    
    //reg define     
    reg  [23:0] cnt;
    reg  [1:0]  led_control;
    
    //用于计数0.2s的计数器
    always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
        if(!sys_rst_n)
            cnt<=24'd9_999_999;
        else if(cnt<24'd9_999_999)
            cnt<=cnt+1;
        else
            cnt<=0;
    end 
    
    //用于led灯状态的选择
    always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
        if (!sys_rst_n)
            led_control <= 2'b00;
        else if(cnt == 24'd9_999_999) 
            led_control <= led_control + 1'b1;
        else
            led_control <= led_control;
    end
    
    //识别按键，切换显示模式
    always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
        if(!sys_rst_n) begin
              led<=4'b 0000;
        end
        else if(key[0]== 0)  //按键1按下时，从右向左的流水灯效果
            case (led_control)
                2'b00   : led<=4'b1000;
                2'b01   : led<=4'b0100;
                2'b10   : led<=4'b0010;
                2'b11   : led<=4'b0001;
                default  : led<=4'b0000;
            endcase
        else if (key[1]==0)  //按键2按下时，从左向右的流水灯效果
            case (led_control)
                2'b00   : led<=4'b0001;
                2'b01   : led<=4'b0010;
                2'b10   : led<=4'b0100;
                2'b11   : led<=4'b1000;
                default  : led<=4'b0000;
            endcase
        else if (key[2]==0)  //按键3按下时，LED闪烁
    		   case (led_control)
                2'b00   : led<=4'b1111;
                2'b01   : led<=4'b0000;
                2'b10   : led<=4'b1111;
                2'b11   : led<=4'b0000;
                default  : led<=4'b0000;
            endcase
        else if (key[3]==0)  //按键4按下时，LED全亮
            led=4'b1111;
        else
            led<=4'b0000;    //无按键按下时，LED熄灭     
    end
    
    endmodule

按键3不使用 led<=~led,取反的原因是，这样就不能满足0.2s的间隔。

按键3采用led<=~led 的仿真结果如图所示，

key\[2\]==0 时，led 的状态处于一种无法确定的状态。![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjUyODA4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 第三：测试文件 ##

`timescale 1ns/1ns
    module key_led_tb();
    
    reg clk;
    reg rst_n;
    reg [3:0] key;
    reg  key_value;
    wire [3:0] led;
    
    parameter T=20;
    //初始化的过程首先要复位  //是否可以使用==赋值
    initial begin   
         key                =4'b1111;//按键初始状态为全断开
         clk                =1'b0;   //初始时钟为低电平
         rst_n              =1'b0;   //复位信号初始为低电平
    #T   rst_n              =1'b1;   //一个时钟周期后复位信号拉高
    
    #600_000_020 key[0]     =0;      //0.6s时按下按键1
    #800_000_000 key[0]     =1;    
    key[1]                  =0;      //0.8s后松开按键1，按下按键2
    #800_000_000 key[1]     =1;   
    key[2]                  =0;      //0.8s后松开按键2，按下按键3
    #800_000_000 key[2]     =1;   
    key[3]                  =0;      //0.8s后松开按键3，按下按键4    
    #800_000_000 key[3]     =1;      //0.8s后松开按键4
    
    end 
    always #(T/2) clk=~clk;
    
    key_led  key_led_u1(
       .sys_clk     (clk),
    	.sys_rst_n   (rst_n),
    	.key     (key),
    	.led     (led)
    );
    
    endmodule

请注意： 在测试文件中<=  和  =  都可以。建议采用=。

仿真结果

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjUyODA4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

总结：运行代码中使用了led\_control

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjUyODA4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221123/51888dd16d5c4d58a2ece4697812f3c3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjUyODA4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221123/6f8887ae3f53414d87e15c9b93c7566b.png