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| V1.0 | 2020-07-01 | gingko | 初次建立 |
===== 实验二:GPIO输入实验——识别按键输入 =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解按键的特征和应用。
- 掌握FPGA引脚的配置方法。
- 掌握QuartusII集成开发环境的使用。
- 掌握Verilog语言模块化的编程方式。
==== 二、 实验设备及平台 ====
- iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
- Blaster(或相同功能)仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
- Micro USB线缆。
- QuartusII开发平台。
- 装有WIN XP(及更高版本)系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====
* FPGA的所有I/O控制块允许每个I/O引脚单独配置为输入口,不过这种配置是系统自动完成的。当I/O口被设置为输入口使用时,该I/O将直接使三态缓冲区的控制端接地,使得该I/O对外呈高阻态,这样该I/O引脚即可作为输入引脚使用。正确分配并锁定引脚后,一旦按键有变化,即可在检测到按键输入的情况下切换LED的状态。驱动示意图如下:
{{ :icore4:icore4_fpga_2_1.png?direct |图2-1}}
==== 四、 代码讲解 ====
* 本实验例程分为三个模块,分别是顶层模块、复位模块和按键控制模块。
- 顶层模块:主要实现各子模块之间的信息交互及与外部信息交互。
- 复位模块:产生全局复位信号。
- 按键控制模块:实现按键切换led的功能。
* 如图2-2所示为本例程三个模块在QuartusII界面中所处的位置。双击即可打开对应的模块。
{{ :icore4:icore4_fpga_2_2.png?direct |图2-2}}
1、顶层模块代码讲解:
//--------顶层模块主要实现各子模块之间的信息交互及与外部信息交互----//
module key(
input clk_25m,
input key,
output fpga_ledr,
output fpga_ledg,
output fpga_ledb
);
//--------wire型变量定义,实现模块与模块之间的信号连线------------//
wire rst_n;
//---------例化复位模块产生全局复位信号,其中u1为例化名-----------//
rst_n u1(
.clk_25m(clk_25m),
.rst_n(rst_n)
);
//------------例化按键控制信号,实现按键切换led的功能------------//
key_ctrl u2(
.clk_25m(clk_25m),
.rst_n(rst_n),
.key(key),
.fpga_ledr(fpga_ledr),
.fpga_ledg(fpga_ledg),
.fpga_ledb(fpga_ledb)
);
endmodule
2、复位模块讲解:
module rst_n(
input clk_25m,
output rst_n
);
//--------------生成复位信号的计数器,采用时序逻辑语言描述----------//
reg [3:0]cnt_rst;
reg rst_r;
always@(posedge clk_25m)
if(cnt_rst == 4'd15)
begin
cnt_rst <= 4'd15;
rst_r <= 1'd1;
end
else cnt_rst <= cnt_rst + 1'd1;
assign rst_n = rst_r;
endmodule
3、按键控制模块讲解(篇幅原因,不再贴出全部代码讲解,完整代码见例程):
//--------------按键消抖动,提取按键状态----------//
always @(posedge clk_25m or negedge rst_n)
if (!rst_n)
begin
key_r <= 1'd0;
low_cnt <= 18'd0;
hig_cnt <= 18'd0;
end
//----------检测按键状态为高时,延时10ms,把按键状态提取出来 ------//
else if(key)
begin
low_cnt <= 18'd0;
if (hig_cnt == ms_10)
begin
key_r <= key;
hig_cnt <= hig_cnt;
end
else hig_cnt <= hig_cnt + 1'd1;
end
reg [1:0]led_cnt; //led_cnt为led状态标志,不同值表示不同led状态
reg ledr,ledg,ledb;
//----------------按键下降沿控制led状态切换--------------------//
always@(negedge key_state or negedge rst_n)
if (!rst_n)
begin
led_cnt <= 2'd0;
end
else if (led_cnt == 2'd2)
begin
led_cnt <= 2'd0;
end
else led_cnt <= led_cnt + 1'd1;
//------------------led状态切换的状态机-----------------------//
always@(posedge clk_25m or negedge rst_n)
//----- led_cnt=0,红灯亮,led_cnt=1,绿灯亮led_cnt=2,蓝灯亮----//
else case(led_cnt)
2'd0:
begin
ledr <= 1'd0;
ledg <= 1'd1;
ledb <= 1'd1;
end
2'd1:
begin
ledr <= 1'd1;
ledg <= 1'd0;
ledb <= 1'd1;
end
2'd2:
begin
ledr <= 1'd1;
ledg <= 1'd1;
ledb <= 1'd0;
end
==== 五、 实验验证 ====
{{ :icore4:icore4_fpga_2_3.png?direct |图2-3}}
- 双击打开例程里的QuartusII工程文件,如图2-3所示。
- 按照前面实验指导书所讲,对该工程文件进行相关配置,编译及引脚锁定后(例程里已经配置好),将配置文件下载至icore4双核心工控板观察实验现象。
- 实验现象为:与FPGA芯片相连的红、绿、蓝三个led灯,先是短暂的全灭,随后红灯亮起,而后依次按下icore4双核心工控板上的FPGA按键,可以观察到红、绿、蓝三个led灯依次亮灭,即实现了按键切换led灯的功能。