09B-独立按键消抖实验02——小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程配套文档

Posted 2020-07-06 小梅哥

芯航线——普利斯队长精心奉献

 

实验目的： 1.复习按键的设计

2.用模块化设计的方式实现每次按下按键0，4个LED显示状态以二进制加法格式加1，每次按下按键1，4个LED显示状态以二进制加法格式减1

实验平台：芯航线FPGA核心板

实验原理：    

    在上一讲中设计并验证了独立按键的消抖，这里基于上一讲的按键消抖模块来实现一个加减法计数器，并以此学习模块化的设计方式。

    在设计过程中，相对大一点的工程经常通常不会写在一个设计文件中，通常会针对不同的功能设计出不同的子文件，最后在顶层文件中进行例化。基于本讲其模块的划分如图9-1所示。

图9-1 顶层模块端口图

实验步骤:

    这里先编写led_ctrl，从图9-1可得出其端口列表如下。

input Clk; input Rst_n; input key_flag0,key_flag1; input key_state0,key_state1;   output [3:0]led;

 

这里需要进行根据两个按键的状态来进行计数器的加减。

reg [3:0]led_r; always@(posedge Clk or negedge Rst_n) if(!Rst_n) led_r <= 4\'b0000; else if(key_flag0 && !key_state0) led_r <= led_r + 1\'b1; else if(key_flag1 && !key_state1) led_r <= led_r - 1\'b1; else led_r <= led_r;

    计数器的初值为4\'b0000，这里当按键0按下即计数器加一计数器变为4\'b0001，由开发板上的led灯电路图可知，led灯为低电平点亮，此时就会出现led0-led3分别为亮亮亮暗，为了更直观的显示效果对输出数据进行取反，这样led的数据就会变为暗暗暗亮，与正常的思路相符合。

assign led = ~led_r;

图9-2 led灯电路图

这样各个独立的模块即编写完成，下面开始顶层文件的设计。

module key_led_top(Clk,Rst_n,key_in0,key_in1,led);   input Clk; input Rst_n; input key_in0; input key_in1;   output [3:0]led;   wire key_flag0,key_flag1; wire key_state0,key_state1;   key_filter key_filter0( .Clk(Clk), .Rst_n(Rst_n), .key_in(key_in0), .key_flag(key_flag0), .key_state(key_state0) );   key_filter key_filter1( .Clk(Clk), .Rst_n(Rst_n), .key_in(key_in1), .key_flag(key_flag1), .key_state(key_state1) );   led_ctrl led_ctrl0( .Clk(Clk), .Rst_n(Rst_n), .key_flag0(key_flag0), .key_flag1(key_flag1), .key_state0(key_state0), .key_state1(key_state1), .led(led) );   endmodule

进行分析和综合直至没有错误以及警告。这时可以打开Quartus II软件中的RTL Viewer，查看模块间的连接。如图9-4所示，与设计的顶层模块端口图一样，因此可以看出顶层文件例化正确。

图9-4 顶层模块RTL视图

为了测试仿真编写测试激励文件，这里由于调用了两个按键进行仿真，因此需要将前一讲设计的按键仿真模型进行改写，加入使能信号press，即press上升沿时就执行一次输出key，其中任务task press_key部分是不变的。如果不改写调用的两个仿真模型会同时执行，就导致出错。

`timescale 1ns/1ns   module key_model(press,key);   input press; output reg key;   reg [15:0]myrand;   initial begin key = 1\'b1; end   always@(posedge press) press_key;   task press_key; begin ………… end endtask   endmodule

 

新建key_led_top_tb.v文件输入以下内容并保存到testbench文件夹下，再次进行分析和综合直至没有错误以及警告。以下内容除了生成了时钟以及复位信号，还模拟了按键0按下释放两次以及按键1按下释放两次的过程。这样整体的代码就如下所示。

`timescale 1ns/1ns   `define clk_period 20   module key_led_top_tb;   reg Clk; reg Rst_n;   wire key_in0; wire key_in1; reg press0,press1;   wire [3:0]led;   key_led_top key_led_top0( .Clk(Clk), .Rst_n(Rst_n), .key_in0(key_in0), .key_in1(key_in1), .led(led) );   key_model key_model0( .press(press0), .key(key_in0) );   key_model key_model1( .press(press1), .key(key_in1) );   initial Clk= 1; always#(`clk_period/2) Clk = ~Clk;   initial begin Rst_n = 1\'b0; press0 = 0; press1 = 0; #(`clk_period*10) Rst_n = 1\'b1; #(`clk_period*10 + 1);   press0 = 1; #(`clk_period*3) press0 = 0; #80_000_000;   press0 = 1; #(`clk_period*3) press0 = 0; #80_000_000;   press1 = 1; #(`clk_period*3) press1 = 0; #80_000_000;   press1 = 1; #(`clk_period*3) press1 = 0; #80_000_000; $stop; end   endmodule

 

设置好仿真脚本后进行功能仿真，可以看到如图9-5所示的波形文件。每当按键0按下时计数器led_r则会加一，按键1按下后计数器led_r则会减一。

图9-5 功能仿真波形图

分配引脚后全编译无误后下载工程到开发板中。也看到与之对应的现象，即为设计无误。

至此，实现了一个简单的模块化设计，并进行了仿真与板级验证。