[超越者Spartan-6 FPGA开发板] 按键控制LED灯程序分析及验证

jinglixixi

在开发板配置的例程中，有一个按键控制LED灯的示例，通过它可以学习编程的知识和技巧。此外，通过程序的下载还能验证对程序的分析。

该程序要占用10个引脚资源，分别是：系统时钟sys_clk、系统复位sys_rst_n、4个按键输入及4个LED输出。

系统框图

其模块定义如下：

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

   );

此外，还定义了2个寄存器以辅助程序设计，其中cnt用于0.2s的计时器控制，位宽为24位；而led_control则用于状态机的状态存储，其位宽为2位。

相应的寄存器定义如下：

reg [23:0] cnt;

reg [1:0]  led_control;

对应的UCF 约束语句为：

# PlanAhead Generatedphysical constraints

NET"sys_clk" LOC = N8 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"sys_rst_n" LOC = G16 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"led[3]" LOC = T3 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"led[2]" LOC = M7 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"led[1]" LOC = M6 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"led[0]" LOC = T5 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"key[3]" LOC = R3 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET "key[2]"LOC = N6 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"key[1]" LOC = N5 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

NET"key[0]" LOC = P5 | IOSTANDARD = "LVCMOS33";

由此便可获知各引脚与FPGA的具体连接关系及供电标准，见下图所示。

引脚连接关系

作为0.2秒计时器的实现，其原理是利用系统时钟，通过程序的计数控制来完成的，因系统时钟为50Mhz，故20ns*10000000=0.2秒。

0.2秒计时程序为：

always @ (posedge sys_clk or negedgesys_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

有程序可以看出，在系统复位后，即将延时控制值赋给cnt，在未达到该限值24'd9_999_999

则加1计数，若达到该限值则cnt清零。

那状态机又是如何来工作的呢？

它是利用0.2秒的计时器来工作的，每到0.2秒它就切换一次状态，在系统复位时，它即进入状态0，由于其位宽为2位，故其状态值只有4个，即0~3。

状态机的程序如下：

always @(posedge sys_clk or negedgesys_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

那按键又是如何切换LED灯的显示模式呢？

它是通过判断按键的状态来决定LED灯显示模式，相应的变换节拍受状态机的控制，具体表现为：

当按下按键1 时，是演示从右向左的流水灯效果；当按下按键2时，是演示从左向右的流水灯效果；当按下按键3 时，是演示LED灯的闪烁效果；而按下按键4，则是LED灯全被点亮；若无按键按下，则LED灯被熄灭。

具体的程序内容如下：

always @(posedgesys_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

经程序的下载测试，其演示功能与分析结论完全一致。

演示效果：