【本人只是想自己总结一下,大部分代码和原理图来源于教程https://www.stepfpga.com/doc】
1、点亮LED
目的:利用开发板上的四个拨码开关和四个按键分别控制8个LED灯的亮灭(按键按下时输出高电平,LED亮)。
module LED (key,sw,led);
input [3:0] key; //按键输入信号
input [3:0] sw; //开关输入信号
output [7:0] led; //输出信号到LED
assign led = {key,sw}; //assign连续赋值。大括号是拼接符,表示把key和sw拼接组成一个新的8位数赋值给led
endmodule
引脚分配:
2、点亮七段数码管
0 - F 对应的输入码和输出码 seg_data_1 和 seg_data_2,分别输入控制两个数码管的显示。seg提前存储16个输出字符所对应的十六进制数字。【稍加补充可以显示A-F】
module segment (seg_data_1,seg_data_2,seg_led_1,seg_led_2);
input [3:0] seg_data_1;
input [3:0] seg_data_2;
output [8:0] seg_led_1;
output [8:0] seg_led_2;
reg [8:0] seg [15:0];
initial
begin
seg[0] = 9'h3f;
seg[1] = 9'h06;
seg[2] = 9'h5b;
seg[3] = 9'h4f;
seg[4] = 9'h66;
seg[5] = 9'h6d;
seg[6] = 9'h7d;
seg[7] = 9'h07;
seg[8] = 9'h7f;
seg[9] = 9'h6f;
seg[10] = 9'h77;
seg[11] = 9'h7C;
seg[12] = 9'h39;
seg[13] = 9'h5e;
seg[14] = 9'h79;
seg[15] = 9'h71;
end
assign seg_led_1 = seg[seg_data_1];
assign seg_led_2 = seg[seg_data_2];
endmodule
引脚分配:
3、FPGA开发流程
实现功能:设置a,b两个输入引脚,分别接高低电平。按钮的状态控制LED灯的输出。这里我接B4为高电平,A5为低电平。不按下按钮LED亮,反之则灭。代码如下:
module led_test(a,b,key_in,led_out);
input a;//输入端口a
input b;//输入端口b
input key_in;//按键输入,实现输入输入通道的选择
output led_out;//led 控制端口
//当key_in == 0; led_oud = 1
assign led_out = {key_in == 0}? a : b;
endmodule
引脚分配:
4、3-8译码器
本实验内容为通过控制三个拨码开关来控制8个LED灯的亮灭状态。【注意,实验中输出为1的时候LED是灭的状态】
module my3_8(a,b,c,out);
input a;//输入端口A
input b;//输入端口B
input c;//输入端口C
output reg [7:0]out;//输出端口
always@(a,b,c)begin
case({a,b,c})
3'b000:out = 8'b1111_1110;
3'b001:out = 8'b1111_1101;
3'b010:out = 8'b1111_1011;
3'b011:out = 8'b1111_0111;
3'b100:out = 8'b1110_1111;
3'b101:out = 8'b1101_1111;
3'b110:out = 8'b1011_1111;
3'b111:out = 8'b0111_1111;
endcase
end
endmodule
引脚分配:
5、按键消抖
本人通俗的理解就是在按下按键的时候按键会产生抖动,按下的前期按键的电平不会保持稳定,而是处于高低转换的一个状态。这里需要等待20ms左右等待按键稳定了再去检测。 消抖程序设置了两个寄存器用来存储上一个和当前触发的按键值并进行边缘检测【key_edge】,如果还在抖动状态则key_edge在此过程中会变为1,时钟复位,重新计时。只有当时钟计时满20ms之后才能进行下一步骤【检测状态变化】 如果按键从1变为0,那么在这过程中key_pause会产生一个时钟的高脉冲,反之则不会。因为我们只是按下按键的时候才是有效状态,因此这样的设计是十分合理的。
下面是代码,首先是没有进行按键消抖的代码:
module top(
key, //按键输入
rst, //复位输入
led //led输出
);
input key,rst;
output reg led;
always @(key or rst)
if (!rst) //复位时led熄灭
led = 1;
else if(key == 0)
led = ~led; //按键按下时led翻转
else
led = led;
endmodule
下面是按键消抖代码:
module debounce (clk,rst,key,key_pulse);
parameter N = 1;
input clk;
input rst;
input [N-1:0] key;
output [N-1:0] key_pulse;
reg [N-1:0] key_rst_pre;
reg [N-1:0] key_rst;
wire [N-1:0] key_edge;
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst) begin
key_rst <= {N{1'b1}};
key_rst_pre <= {N{1'b1}};
end
else begin
key_rst <= key;
key_rst_pre <= key_rst;
end
end
assign key_edge = key_rst_pre & (~key_rst);
reg [17:0] cnt;
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
cnt <= 18'h0;
else if(key_edge)
cnt <= 18'h0;
else
cnt <= cnt + 1'h1;
end
reg [N-1:0] key_sec_pre;
reg [N-1:0] key_sec;
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec <= {N{1'b1}};
else if (cnt==18'h3ffff)
key_sec <= key;
end
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec_pre <= {N{1'b1}};
else
key_sec_pre <= key_sec;
end
assign key_pulse = key_sec_pre & (~key_sec);
endmodule
调整后的代码:
module top (clk,rst,key,led);
input clk;
input rst;
input key;
output reg led;
wire key_pulse;
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
led <= 1'b1;
else if (key_pulse)
led <= ~led;
else
led <= led;
end
debounce u1 (
.clk (clk),
.rst (rst),
.key (key),
.key_pulse (key_pulse)
);
endmodule
引脚分配:
6、时钟分频【自己写写理解,可能不对】
在本实验中我们将实现任意整数的分频器,分频的时钟保持50%占空比。 本实验利用系统时钟计时,当每一次触发系统时钟上升沿的时候上升沿和下降沿计数器进行自增或者清零。cnt为偶数的时候clk输出高低电平时间相等,占空比为50%,因此可以直接输出ckl的结果;如果cnt为奇数,由于在代码中我们要进行右移一位(也就是整数除以2去掉余数)的操作,于是高电平周期相比于低电平周期要多一个,因此最终要通过两个clk错开半个周期触发(也就是上升沿和下降沿)然后进行相与的操作得到我们想得到的结果。 代码分为两大部分:上升沿和下降沿 分别在系统时钟上升和下降的时候触发。计数器与N-1比较控制周期。计数器通过与(N>>1)控制分频时钟。
代码:
module divide ( clk,rst_n,clkout);
input clk,rst_n;
output clkout;
parameter WIDTH = 3;
parameter N = 5;
reg [WIDTH-1:0] cnt_p,cnt_n;
reg clk_p,clk_n;
always @ (posedge clk or negedge rst_n )
begin
if(!rst_n)
cnt_p<=0;
else if (cnt_p==(N-1))
cnt_p<=0;
else cnt_p<=cnt_p+1;
end
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
clk_p<=0;
else if (cnt_p<(N>>1))
clk_p<=0;
else
clk_p<=1;
end
always @ (negedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
cnt_n<=0;
else if (cnt_n==(N-1))
cnt_n<=0;
else cnt_n<=cnt_n+1;
end
always @ (negedge clk)
begin
if(!rst_n)
clk_n<=0;
else if (cnt_n<(N>>1))
clk_n<=0;
else
clk_n<=1;
end
assign clkout = (N==1)?clk:(N[0])?(clk_p&clk_n):clk_p;
endmodule
引脚分配:
7、LED流水灯
流水灯的实现是通过分频器进行计时,设置好我们想要的周期,然后调用divide进行时钟分配反馈一个clk1h信号,当clk1h触发上升沿的时候也就是每隔一秒钟我们会调用一次3-8译码器,分配给八个LED等高低电平,控制他们的两与灭。同时也可以通过每一次将最后一位LED灯的电平前移到第一个然后循环实现流水灯的操作,代码分别如下。
第一种方法:
module flashled (clk,rst,led);
input clk,rst;
output [7:0] led;
reg [2:0] cnt ;
wire clk1h;
decode38 u1 (
.sw(cnt),
.led(led)
);
divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) u2 (
.clk(clk),
.rst_n(rst),
.clkout(clk1h)
);
always @(posedge clk1h or negedge rst)
if (!rst)
cnt <= 0;
else
cnt <= cnt +1;
endmodule
第二种方法:
module flashled (clk,rst,led);
input clk,rst;
output [7:0] led;
wire clk1h;
divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) u2 (
.clk(clk),
.rst_n(rst),
.clkout(clk1h)
);
reg [7:0] led;
always@(posedge clk1h or negedge rst)
begin
if(!rst)
led <= 8'b11111110;
else
led <= {led[0],led[7:1]};
end
引脚分配:
8、呼吸灯
呼吸灯的实现方案很简单,具体的思想就是设置两个计数器cnt1和cnt2。cnt1关联系统时钟,系统时钟每触发一次cnt1自增1。当系统时钟触发N次(N与我们所想得到的呼吸灯的呼吸时间周期有关)的时候cnt2自增1(上限也为T)。这样cnt2实现了从0到T变化的过程。 对于每一个cnt2,他与当前cnt1的值进行比较,从而输出高电平与低电平,进而控制了呼吸灯的亮度程度,也就是实现了呼吸灯的功能。
从图中我们可以看出,这里的周期设定为2,也就是从灭到亮与从亮到灭分别需要1s的时间。因为系统时钟频率为12M,所以我认为这里应当将T设置为3464。【实际测定当T为3464 的时候的确是2s的周期】,但是教程中使用的是2400,因此闪烁频率更大一些。
下面是代码:
module breath_led(clk,rst,led);
input clk;
input rst;
output led;
reg [24:0] cnt1;
reg [24:0] cnt2;
reg flag;
parameter CNT_NUM = 2400;
always@(posedge clk or negedge rst) begin
if(!rst) begin
cnt1<=13'd0;
end
else begin
if(cnt1>=CNT_NUM-1)
cnt1<=1'b0;
else
cnt1<=cnt1+1'b1;
end
end
always@(posedge clk or negedge rst) begin
if(!rst) begin
cnt2<=13'd0;
flag<=1'b0;
end
else begin
if(cnt1==CNT_NUM-1) begin
if(!flag) begin
if(cnt2>=CNT_NUM-1)
flag<=1'b1;
else
cnt2<=cnt2+1'b1;
end else begin
if(cnt2<=0)
flag<=1'b0;
else
cnt2<=cnt2-1'b1;
end
end
else cnt2<=cnt2;
end
end
assign led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1;
endmodule
代码的结构很清晰,分为cnt1和cnt2两个模块。 cnt1在未达到上限的时候一直自增,达到上限后还原为0 cnt2在cnt1达到上限时触发,上下限分别是设定值和0。通过判断flag的值来决定是自增还是自减。 最后通过判断cnt1和cnt2的大小输出高低电平。从图中我们也可以看出,当cnt1大的时候输出高电平,也就是说LED是亮 - 灭 - 亮 的状态。
引脚分配:
9、密码箱【本人改编】
各个输入输出按键的功能:
- key1:确认输入【不论是输入密码还是修改密码时候的确认都是使用这个共同的按键】
- key2:复位按键。将左侧数码管显示还原为3【一共有3次修改机会】;右侧数码管显示为“-”【无输入状态】
- key3:重置密码按键,只有当解锁成功的时候按下此按键才能成功触发修改密码程序。当触发程序后会亮起蓝灯。
- key4:删除按键,当输入的数字想要修改时按下此案件可以清除上一个输入的数字,并且数码管显示为“-”。
SW1,2,3,4相当于四位二进制数字,在此程序中可以将其转换为十进制数字并显示到数码管上。 本实验使用了红绿蓝三个指示灯和两个数码管。
本程序的基本步骤:
- 1、初始密码为0000,初始拨码为0000,按下四次key1可以实现四次输入,当按下第五次key1时相当于确认。如果输入密码正确则绿灯亮起。两个数码管均显示为“-”,解锁成功;如果输入密码失败则会亮起红灯,左侧数码管的示数会减小1,如果三次密码均输入错误,下侧的LED灯会同时亮起红色和绿色的灯,这样代表解锁失败。
- 2、如果解锁成功,这时候可以按下key2,可以发现左侧的数码管显示为3,右侧的数码管显示为“-”,此时处于锁住状态,打乱密码后可以当做密码锁使用
- 3、如果解锁成功,这时候按下key3,可以发现下侧蓝色的led等亮起,这时候可以通过拨动拨码开关修改当前数字,按下四次确认件后再按下第五次确认件代表设置密码成功,这时候再输入初始的0000将不可以进行解锁。
- 4、当输入过程中按下key4可以发现右侧的数码管显示为“-”,这样代表清除了上一次输入的数字。
- 5、细节处理:如果输入的数字大于9,将始终显示“-”,因为这样会导致屏幕显示出现异常。
代码分为两部分,一部分是按键消抖,另一部分是主程序。按键消抖上面已经总结过了,因此这里只发表一下主程序代码。
module pwd(clk,rst,key_cfm,key1_cfm,key_del,sw_pwd,led,sega,segb,blue);
input clk;
input rst;
input key_cfm;
input key1_cfm;
input key_del;
input [3:0] sw_pwd;
output [1:0] led;
output [8:0] sega;
output [8:0] segb;
output [0:0] blue;
reg [3:0] password [3:0];
reg [3:0] input_pwd [3:0];
reg [1:0] sgn;
reg [8:0] seg [9:0];
reg [8:0] seg_data [1:0];
reg [0:0] led_blue;
reg [1:0] cnt;
reg [2:0] cnt_pwd;
reg [0:0] confirm;
reg lock;
wire cfm_dbs;
wire cfm_dbs1;
wire cfm_del;
initial begin
password[0] <= 4'b0000;
password[1] <= 4'b0000;
password[2] <= 4'b0000;
password[3] <= 4'b0000;
seg[0] <= 9'h3f;
seg[1] <= 9'h06;
seg[2] <= 9'h5b;
seg[3] <= 9'h4f;
seg[4] <= 9'h66;
seg[5] <= 9'h6d;
seg[6] <= 9'h7d;
seg[7] <= 9'h07;
seg[8] <= 9'h7f;
seg[9] <= 9'h6f;
seg_data[0] <= 9'h3f;
seg_data[1] <= 9'h40;
cnt <= 2'b11;
cnt_pwd <= 3'b100;
confirm <= 1'b0;
end
always @ (posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)begin
sgn <= 2'b11;
led_blue <=1'b1;
seg_data[0] <= seg[3];
seg_data[1] <= 9'h40;
cnt <= 2'b11;
cnt_pwd <= 3'b100;
lock <= 1'b1;
end
else if(cfm_dbs && lock)begin
if(cnt_pwd == 3'b000)begin
if(input_pwd[0] == password[0] && input_pwd[1] == password[1] && input_pwd[2] == password[2] && input_pwd[3] == password[3])begin
sgn <= 2'b10;
seg_data[0] <= 9'h40;
seg_data[1] <= 9'h40;
lock <= 0;
end
else if(cnt == 2'b11)begin
sgn <= 2'b01;
seg_data[0] <= seg[2];
cnt <= 2'b10;
cnt_pwd <= 3'b100;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
else if(cnt == 2'b10) begin
sgn <= 2'b01;
seg_data[0] <= seg[1];
cnt <= 2'b01;
cnt_pwd <= 3'b100;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
else if(cnt == 2'b01)begin
sgn <= 2'b00;
seg_data[0] <= seg[0];
seg_data[1] <= 9'h40;
lock <= 0;
end
end
else if(cnt_pwd > 3'b000)begin
if(cnt_pwd == 3'b100)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
input_pwd[3] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b011;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
if(cnt_pwd == 3'b011)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
input_pwd[2] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b010;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
if(cnt_pwd == 3'b010)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
input_pwd[1] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b001;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
if(cnt_pwd == 3'b001)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
input_pwd[0] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b000;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
end
end
else if(cfm_del)begin
if(cnt_pwd == 3'b011)begin
cnt_pwd <= 3'b100;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
if(cnt_pwd == 3'b010)begin
cnt_pwd <= 3'b011;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
if(cnt_pwd == 3'b001)begin
cnt_pwd <= 3'b010;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
if(cnt_pwd == 3'b000)begin
cnt_pwd <= 3'b001;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
else if(cfm_dbs1 && !lock)begin
confirm <= 1'b1;
lock <= 1'b0;
cnt_pwd <= 3'b100;
led_blue <= 1'b0;
end
else if(cfm_dbs1 && confirm == 1'b1)begin
sgn <= 2'b11;
led_blue <=1'b1;
seg_data[0] <= seg[3];
seg_data[1] <= 9'h40;
cnt <= 2'b11;
cnt_pwd <= 3'b100;
lock <= 1'b1;
end
else if(confirm == 1'b1)begin
if(cfm_dbs && !lock)begin
if(cnt_pwd >= 3'b000)begin
if(cnt_pwd == 3'b100)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
password[3] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b011;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
if(cnt_pwd == 3'b011)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
password[2] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b010;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
if(cnt_pwd == 3'b010)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
password[1] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b001;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
if(cnt_pwd == 3'b001)begin
if(sw_pwd < 4'b1010)begin
password[0] <= sw_pwd;
cnt_pwd <= 3'b000;
seg_data[1] <= seg[sw_pwd];
sgn <= 2'b00;
end
else begin
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
if(cnt_pwd == 3'b000)begin
sgn <= 2'b11;
led_blue <=1'b1;
seg_data[0] <= seg[3];
seg_data[1] <= 9'h40;
cnt <= 2'b11;
cnt_pwd <= 3'b100;
lock <= 1'b1;
confirm <= 1'b0;
end
end
end
else if(cfm_del)begin
if(cnt_pwd == 3'b011)begin
cnt_pwd <= 3'b100;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
if(cnt_pwd == 3'b010)begin
cnt_pwd <= 3'b011;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
if(cnt_pwd == 3'b001)begin
cnt_pwd <= 3'b010;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
if(cnt_pwd == 3'b000)begin
cnt_pwd <= 3'b001;
seg_data[1] <= 9'h40;
end
end
end
end
assign led = sgn;
assign sega = seg_data[0];
assign segb = seg_data[1];
assign blue = led_blue;
debounce key_cfm_dbs (
.clk (clk),
.rst (rst),
.key (key_cfm),
.key_pulse (cfm_dbs));
debounce key1_cfm_dbs (
.clk (clk),
.rst (rst),
.key (key1_cfm),
.key_pulse (cfm_dbs1));
debounce key_cfm_del (
.clk (clk),
.rst (rst),
.key (key_del),
.key_pulse (cfm_del));
endmodule
代码小细节,在确认密码的时候增加了一个判断,即每一位不能大于9,大于9输入无效,显示横线。
引脚分配: 本次总结就到这里,欢迎与我讨论或指出我的错误,谢谢大家!
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