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--- gpio输入实验_识别按键输入 [2019/11/29 10:13]
zhangzheng 创建
+++ gpio输入实验_识别按键输入 [2022/03/22 10:27] (当前版本)
sean
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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}}
+、顶层模块代码讲解：
+<code verilog>
+//--------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
+</code>
+、复位模块讲解：
+<code Verilog>
+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
+</code>
+、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）：
+<code verilog>
+//--------------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)
+'d0:
+		    begin
+		        ledr <= 1'd0;
+		        ledg <= 1'd1;
+		        ledb <= 1'd1;
+		    end
+'d1:
+		    begin
+		        ledr <= 1'd1;
+		        ledg <= 1'd0;
+		        ledb <= 1'd1;
+		    end
+'d2:
+		    begin
+		        ledr <= 1'd1;
+		        ledg <= 1'd1;
+		        ledb <= 1'd0;
+		    end
+</code>
+==== 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。

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