【正点原子FPGA连载】第七章按键控制LED闪烁实验--摘自【正点原子】领航者 ZYNQ 之FPGA开发指南

正点原子 · 发表于 2020-9-16 14:57:57

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第七章按键控制LED闪烁实验

按键是常用的一种控制器件。生活中我们可以见到各种形式的按键，由于其结构简单，成本低廉等特点，在家电、数码产品、玩具等方面有广泛的应用。本章我们将介绍如何使用按键来控制LED闪烁的方式。
本章包括以下几个部分：
77.1按键简介
7.2实验任务
7.3硬件设计
7.4程序设计
7.5下载验证

7.1按键简介
按键开关是一种电子开关，属于电子元器件类。我们的开发板上有两种按键开关：第一种是本实验所使用的轻触式按键开关（如图 7.1.1），简称轻触开关。使用时以向开关的操作方向施加压力使内部电路闭合接通，当撤销压力时开关断开，其内部结构是靠金属弹片受力后发生形变来实现通断的；第二种是自锁按键（如图 7.1.2），自锁按键第一次按下后保持接通，即自锁，第二次按下后，开关断开，同时开关按钮弹出来，开发板上的电源键就是这种开关。

图 7.1.1 轻触式按键

图 7.1.2 自锁式按键

7.2实验任务
本节实验任务是使用底板上的PL_KEY0和PL_KEY1按键来控制底板上的PL_LED0和PL_LED1两个LED的闪烁方式。没有按键按下时，两个LED保持常亮；如果按键0按下，则两个LED交替闪烁；如果按键1按下，则两个LED同时闪烁。
7.3硬件设计
底板上按键的原理图如下图所示：

图 7.3.1 按键电路原理图

在图 7.3.1中，PL_KEY0和PL_KEY1连接到ZYNQ的PL端，PS_KEY0和PS_KEY1连接到ZYNQ的PS端。在《领航者ZYNQ之FPGA开发指南》中，我们只使用PL端的外设。
PL端的按键没有按下时，对应的IO端口为高电平；当按键按下时，对应的IO端口变为低电平。
本实验的管脚分配如下表所示：
表 7.3.1 按键控制LED实验管脚分配

对应的XDC约束语句如下所示：

set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]
set_property -dict {PACKAGE_PIN L20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports key[0]]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports key[1]]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN H18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}]

复制代码

7.4程序设计
按键控制LED系统框图如下图所示：

图 7.4.1 按键控制LED系统框图

在图 7.4.1中，计数器对50MHz时钟进行计数，从而达到计时的目的。计数器在每次计时到0.5秒的时候，就改变LED的显示状态，然后清零并重新开始计数。
然后根据两个按键（KEY0和KEY1）的状态，在不同的LED状态下，分别设置LED的显示模式（是同时闪烁，或者交替闪烁）。

顶层模块代码如下：

1 module key_led(
2 input sys_clk ,
3 input sys_rst_n ,
4
5 input [1:0] key ,
6 output reg [1:0] led
7 );
8
9 //reg define
10 reg [24:0] cnt;
11 reg led_ctrl;
12
13 //*****************************************************
14 //** main code
15 //*****************************************************
16
17 //计数器
18 always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
19 if(!sys_rst_n)
20 cnt <= 25'd0;
21 else if(cnt < 25'd2500_0000) //计数500ms
22 cnt <= cnt + 1'b1;
23 else
24 cnt <= 25'd0;
25 end
26
27 //每隔500ms就更改LED的闪烁状态
28 always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
29 if(!sys_rst_n)
30 led_ctrl <= 1'b0;
31 else if(cnt == 25'd2500_0000)
32 led_ctrl <= ~led_ctrl;
33 end
34
35 //根据按键的状态以及LED的闪烁状态来赋值LED
36 always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
37 if(!sys_rst_n)
38 led <= 2'b11;
39 else case(key)
40 2'b10 : //如果按键0按下，则两个LED交替闪烁
41 if(led_ctrl == 1'b0)
42 led <= 2'b01;
43 else
44 led <= 2'b10;
45 2'b01 : //如果按键1按下，则两个LED同时闪烁
46 if(led_ctrl == 1'b0)
47 led <= 2'b11;
48 else
49 led <= 2'b00;
50 2'b11 : //如果两个按键都未按下，则两个LED都保持点亮
51 led <= 2'b11;
52 default: ;
53 endcase
54 end
55
56 endmodule

复制代码

代码的第18行的always块用于产生计数器，计时500ms。代码的第28行的always块功能是每隔500ms就给出led的闪烁状态控制信号。代码第36行的always块使用了一个case语句，来根据当前按键的输入值和led闪烁状态控制信号，来进行两个led的赋值。如果按键1按下，则两个LED交替闪烁；如果按键0按下，则两个LED同时亮灭交替；如果两个按键都未按下，则两个LED都保持点亮。
7.5下载验证
连接开发板的电源和下载器，并打开电源开关。在工程编译之后，将生成的bit文件下载到开发板中。下载完成之后，底板上两个PL LED处于点亮状态。然后按下PL_KEY0，可以看到两个PL LED交替闪烁；按下PL_KEY1，可以看到两个PL的LED同时闪烁。如下图所示：

图 7.5.1 实验现象

【正点原子FPGA连载】第七章按键控制LED闪烁实验--摘自【正点原子】领航者 ZYNQ 之FPGA开发指南

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