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--- icore4tfpga_9 [2020/03/02 20:25]
zgf 创建
+++ icore4tfpga_9 [2024/04/10 11:03] (当前版本)
zhaowenzhe [五、实验步骤]
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 ^  版本  ^  日期  ^  作者  ^  修改内容  ^
-|  V1.0  |  2020-03-02  |  gingko  |  初次建立  |
+|  V1.0  |  2020-04-03  |  gingko  |  初次建立  |
-===== 实验九：计数器实验——呼吸灯 =====
+===== 实验九：GPIO 输入实验——识别按键输入 =====
+==== 一、实验目的与意义 ====
-==== 一、 实验目的与意义 ====
+  - 了解按键特征和应用。
-  - 掌握计数器原理及实现方法。
+  - 掌握 FPGA 引脚的配置方法。
-  - 掌握QuartusII的使用方法。
+  - 学习按键消抖的实现方法。
-==== 二、 实验设备及平台 ====
+==== 二、实验设备及平台 ====
-  - iCore4T 双核心板。
+  - iCore4T 双核心板+iCore4T扩展底板。
-  - Blaster（或相同功能）仿真器。
+  - iTool A（或相同功能）仿真器。
-  - Micro USB线缆。
+  - USB Type C 线缆。
-  - Keil MDK 开发平台。
+  - QuartusII 开发平台。
-  - Quartus开发平台。
+  - 装有 WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
-  - 电脑一台。
+==== 三、实验原理 ====
-==== 三、 实验原理 ====
+  * **按键动作检测和消抖**
-  * 计数器是实现计数的一种最基本的加法运算。在FPGA中计数器的实质其实就是嘴驱动参考时钟进行计数，每当触发事件到来，计数器参数实现自加，到某个状态进行清零操作。FPGA中常用计数器实现时钟分频、定时器、延时、计数、控制等功能，是FPGA实现功能中常用的一种逻辑电路。
+  * 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。当该 I/O 口被设置为输入口使用时，该 I/O 控制模块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 引脚即可用输入引脚使用。
-==== 四、 代码讲解 ====
+  * iCore4T超迷你核心板上是没有按键的，其扩展板上有个按键，可以通过扩展接口和FPGA相连。原理图如下：
+{{ :icore4t:icore4t_fpga_9_1.png?direct |}}
-  * 本实验是通过计数器实现一个周期为1s的定时器，然后通过定时器产生的信号作为触发事件控制led电平高低切换，实现led的闪烁功能。驱动参考时钟为25MHz，也就是说时钟周期为40ns，1s的周期需要25000000个时钟周期，因此定时器的计数器需要在25000000个周期时进行清零操作。其代码如下：
+  * 从原理图中可以看到，按键未按下时，FPGA引脚是悬空的，此时该引脚对外呈高阻态。当按键按下时，FPGA电平为高。正确分配并锁定引脚后，一旦检测到按键有变化，即可切换 LED 的状态。
+  * 也就是通过检测FPGA_KEY引脚的电平变化，判断按键状态，进而控制LED的亮灭。在按键按下和松开的过程，电平并不是理想的立即从高到低或者从低到高变化的。在跳变的过程中，是有抖动的，持续大概10ms左右。抖动会影响FPGA判断按键稳定状态的电平，因此在设计中要对按键动作做消抖处理。原理很简单，检测到跳变沿后做延时处理，跳过抖动阶段，再读取按键状态，从而实现按键消抖操作。
+==== 四、代码实现 ====
+  * 本实验代码较为简单，首先使对输入信号进行延迟1拍处理，便于进行沿跳变检测。检测到下降沿后开始计数。然后在对时钟计数持续约40ms后，采集按键输入引脚的电平状态，进而控制LED的亮灭切换。
+  * 代码理解和实现较为简单，不过需要注意对延时计数器的控制，使其在按键按下期间持续计数。按键未按下时进行清零。代码如下：
 <code verilog>
-/*************************************************/
+//---------------------按键动作检测---------------------------//
-//利用计数器实现一个定时器，定时为1s
+	reg FPGA_KEY_r;
-    reg [31:0]time_cnt;
+	always@(posedge CLK_25M or negedge rst_n)
-    always@(posedge clk_25m or negedge rst_n)
+		if(!rst_n)
-        begin
+			FPGA_KEY_r<=1'b0;
-            if(!rst_n)
+		else
-                begin
+			FPGA_KEY_r<=FPGA_KEY;//输入信号延迟1拍
-                    time_cnt <= 32'd0;
-                end
+	reg [19:0]cnt;
-            else
+	reg flag;
-                begin
+	always@(posedge CLK_25M or negedge rst_n)
-                    if(time_cnt==32'd24999999)
+		if(!rst_n)
-                        begin
+			flag<=1'd0;
-                            time_cnt <= 32'd0;///计数器清零
+		else if((FPGA_KEY==1'd0)&&(FPGA_KEY_r==1'd1))//下降沿检测
-                        end
+			flag<=1'd1;
-                    else
+			else if((FPGA_KEY==1'd1)&&(FPGA_KEY_r==1'd0))//上升沿检测
-                        begin
+			flag<=1'd0;
-                            time_cnt <= time_cnt + 1'd1;//计数器自加1
-                        end
+	always@(posedge CLK_25M or negedge rst_n)
-                end
+		if(!rst_n)
-        end
+			cnt<=20'd0;
+		else if((cnt<20'd1000000)&&(flag))//约40ms
-    wire time_sig = (time_cnt==32'd24999999) ? 1'd1 : 1'd0;//定时器信号
+			cnt<=cnt+1'd1;
+			else if((cnt==20'd1000000)&&(flag))
+				cnt<=cnt;
+				else
+					cnt<=20'd0;
+	reg led;
+	always@(posedge CLK_25M or negedge rst_n)//LED 状态切换
+		if(!rst_n)
+			led<=1'd1;
+		else if(cnt==20'd900000)
+			led<=~led;
 </code>
-==== 五、 实验步骤及实验结果 ====
+  * 编译完代码，在将程序烧录到FPGA之前，要对FPGA的引脚进行设置。将时钟、按键、LED信号绑定到对应引脚，绑定信息可以参考iCore4T的原理图，或者例程文件夹下的.tcl文件。其他未使用引脚要设置为三态输入，设置步骤参考如下：
+、点击Assignments，下拉菜单中点击Device…。
-、将硬件正确连接，如图9.1所示。
+{{ :icore4t:icore4t_fpga_9_2.png?direct&850 |}}
-{{ :icore4t:icore4t_fpga_9_1.jpg?direct |图9.1}}
+、弹出窗口中点击Device and Pin Options… 。
+{{ :icore4t:icore4t_fpga_9_3.png?direct&850 |}}
-、将编写好的代码进行编译，并下载到开发板中；
+、点击左侧边栏中的Unused Pins，右侧下拉菜单中选择As input tri-stated，然后点击OK即可。
-、观察实验现象——FPGA_LED闪烁，间隔1s。
+{{ :icore4t:icore4t_fpga_9_4.png?direct&850 |}}
-==== 六、 拓展实验 ====
+、回到工程主界面后点击保存按钮，然后点击编译，至此完成引脚设置。
+==== 五、实验步骤 ====
-  - 通过Signaltap观察定时信号与定时计数器之间的关系。
+  - 将iCore4T双核心版插入底板的金手指插座，轻轻下压，使双核心板和底板联通并固定在底板上。
+  - 把仿真器与 iCore4T 的调试口相连；
+  - 把iCore4T通过 USB 线与计算机相连，为 iCore4T 供电；
+  - 打开本实验工程；
+  - 烧写程序到 iCore4T 上；
+  - 按下按键，观察LED状态的切换。
+==== 六、实验现象 ====
+  * 按动iCore4T 底板的FPGA按键，iCore4T 双核心板上的 FPGA_LED（PCB 上标示为 FPGA·LED）在每次按键按下后切换亮灭状态。

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