FPGA实验蜂鸣器

Posted 2021-11-24 zstar-_

正点原子开拓者FPGA开发板上自带了一枚无源蜂鸣器，本篇将记录如何通过按键来控制蜂鸣器的开关。

功能描述

初始蜂鸣器不响，按键按一下蜂鸣器开始响，再按一下蜂鸣器停止。

模块结构

本次采用了三个模块，一个顶层模块，一个按键消抖模块和蜂鸣器控制面模块。

按键消抖

消抖，即消除抖动。
若不消除抖动，则显得过于灵敏，在短时间内会多次反复触发。
思路：每次按下给予20ms的延时，若这段时间内状态不变，则输出，否则重新计时。

模块名：key_debounce.v

module key_debounce(
    input            sys_clk,          //外部50M时钟
    input            sys_rst_n,        //外部复位信号，低有效
    
    input            key,              //外部按键输入
    output reg       key_flag,         //按键数据有效信号
	output reg       key_value         //按键消抖后的数据  
    );

//reg define    
reg [31:0] delay_cnt;
reg        key_reg;

//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin 
    if (!sys_rst_n) begin 
        key_reg   <= 1'b1;
        delay_cnt <= 32'd0;
    end
    else begin
        key_reg <= key;
        if(key_reg != key)             //一旦检测到按键状态发生变化(有按键被按下或释放)
            delay_cnt <= 32'd1000000;  //给延时计数器重新装载初始值（计数时间为20ms）
        else if(key_reg == key) begin  //在按键状态稳定时，计数器递减，开始20ms倒计时
                 if(delay_cnt > 32'd0)
                     delay_cnt <= delay_cnt - 1'b1;
                 else
                     delay_cnt <= delay_cnt;
             end           
    end   
end

always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin 
    if (!sys_rst_n) begin 
        key_flag  <= 1'b0;
        key_value <= 1'b1;          
    end
    else begin
        if(delay_cnt == 32'd1) begin   //当计数器递减到1时，说明按键稳定状态维持了20ms
            key_flag  <= 1'b1;         //此时消抖过程结束，给出一个时钟周期的标志信号
            key_value <= key;          //并寄存此时按键的值
        end
        else begin
            key_flag  <= 1'b0;
            key_value <= key_value; 
        end  
    end   
end
    
endmodule 

注意：
1、计数器大小计算：20ms/20ns=10^6
2、代码第二十六行key_reg <= key;使用非阻塞赋值，程序先将key的先前值传递给key_reg，然后将下一次的key的和之前的key进行比较，非常巧妙。

蜂鸣器控制

module beep_control(
      //input
      input        sys_clk,     //系统时钟
      input        sys_rst_n,   //复位信号，低电平有效
      
      input        key_flag,    //按键有效信号
      input        key_value,	//消抖后的按键信号	
      output  reg  beep         //蜂鸣器控制信号  
  );
  
//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************
always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if(!sys_rst_n)
        beep <= 1'b0;
    else if(key_flag && (~key_value))  //判断按键是否有效按下
        beep <= ~beep;        
end
    
endmodule 

beep为低电平（0）时，蜂鸣器不响，高电平触发鸣响。

顶层模块

 module top_key_beep(
      input        sys_clk,       //时钟信号50Mhz
      input        sys_rst_n,     //复位信号
      
      input        key,           //按键信号       
      output       beep           //蜂鸣器控制信号
      );
      
//wire define
wire key_value;
wire key_flag;

//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************

//例化按键消抖模块
key_debounce u_key_debounce(
    .sys_clk        (sys_clk),
    .sys_rst_n      (sys_rst_n),
    
    .key            (key),
    .key_flag       (key_flag),
    .key_value      (key_value)
    );
  
//例化蜂鸣器控制模块
beep_control u_beep_control(
    .sys_clk        (sys_clk), 
    .sys_rst_n      (sys_rst_n),
    
    .key_flag       (key_flag),      
    .key_value      (key_value),
    .beep           (beep)
    );
    
endmodule 

顶层模块可以简单理解为对象实例化（面向对象的思想）

引脚分配