基于FPGA的按键控制LED灯亮灭
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。
本实验我们将介绍如何使用按键控制多个led的亮灭。
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（如下图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（如下图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第一种开关。
图1 轻触式按键
图2 自锁式按键
2. 实验任务
使用开发板上的四个按键控制四个led灯。不同按键按下时，四个led灯显示不同效果。（由于按键1被复位键占用，故本实验中使用按键2、按键3、按键4控制led灯显示四种状态）
当按下按键2时，4个led灯显示从右向左流水灯效果。
当按下按键3时，4个led灯显示从左向右流水灯效果。
当按下按键4时，4个led灯闪烁
3. 硬件设计
本实验中，系统时钟、复位按键、按键和led灯的管脚如下表所示。
按键控制led管脚分配图
4. 程序设计
系统框图
运行代码：
/*********************************************************************** filename : key_led.v author : company : mail : device : altera enviroment : win10,quartus16.1,modelsim 10.4 created date : version : v1.0 description : sim : modified by : modified date: version : description : ************************************************************************/ module key_led ( input i_sys_clk,/* 系统时钟信号50mhz */ input i_sys_rst_n,/* 系统复位信号,低有效 */ input [2:0] i_key,/* 按键输入信号 */ output [3:0] o_led/* led输出信号 */ ); /* 定义0.2s计数寄存器 */ parameter p_0_2s_counter = 10_000_000; reg [23:0] r_0_2s_counter = 24'd0; always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n) begin if (~i_sys_rst_n) r_0_2s_counter <= 24'd0; else if (r_0_2s_counter == (p_0_2s_counter - 1'b1)) r_0_2s_counter <= 24'd0; else r_0_2s_counter <= r_0_2s_counter + 1'b1; end /* 定义led状态转换寄存器 */ reg [1:0] r_led_state_switch = 2'd0; always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n) begin if (~i_sys_rst_n) r_led_state_switch <= 2'b00; else if (r_0_2s_counter == (p_0_2s_counter - 1'b1)) r_led_state_switch <= r_led_state_switch + 1'b1; else r_led_state_switch <= r_led_state_switch; end /* 识别按键，切换显示模式 */ reg [3:0] r_led; always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n) begin if (~i_sys_rst_n) r_led <= 4'b0000; /* 按键2按下时，从右向左流水灯效果 */ else if (i_key[0] == 1'b0) case (r_led_state_switch) 2'b00 : r_led <= 4'b1000; 2'b01 : r_led <= 4'b0100; 2'b10 : r_led <= 4'b0010; 2'b11 : r_led <= 4'b0001; default : r_led <= 4'b0000; endcase /* 按键3按下时，从左向右流水灯效果 */ else if (i_key[1] == 1'b0) case (r_led_state_switch) 2'b00 : r_led <= 4'b0001; 2'b01 : r_led <= 4'b0010; 2'b10 : r_led <= 4'b0100; 2'b11 : r_led <= 4'b1000; default : r_led <= 4'b0000; endcase /* 按键4按下时，led闪烁 */ else if (i_key[2] == 1'b0) case (r_led_state_switch) 2'b00 : r_led <= 4'b1111; 2'b01 : r_led <= 4'b0000; 2'b10 : r_led <= 4'b1111; 2'b11 : r_led <= 4'b0000; default : r_led <= 4'b0000; endcase /* 无按键按下时，led熄灭 */ else r_led <= 4'b0000; end assign o_led = r_led; endmodule
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第二种是自锁按键（如下图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。
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图1 轻触式按键
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当按下按键3时，4个led灯显示从左向右流水灯效果。
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/*********************************************************************** filename : key_led.v author : company : mail : device : altera enviroment : win10,quartus16.1,modelsim 10.4 created date : version : v1.0 description : sim : modified by : modified date: version : description : ************************************************************************/ module key_led ( input i_sys_clk,/* 系统时钟信号50mhz */ input i_sys_rst_n,/* 系统复位信号,低有效 */ input [2:0] i_key,/* 按键输入信号 */ output [3:0] o_led/* led输出信号 */ ); /* 定义0.2s计数寄存器 */ parameter p_0_2s_counter = 10_000_000; reg [23:0] r_0_2s_counter = 24'd0; always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n) begin if (~i_sys_rst_n) r_0_2s_counter <= 24'd0; else if (r_0_2s_counter == (p_0_2s_counter - 1'b1)) r_0_2s_counter <= 24'd0; else r_0_2s_counter <= r_0_2s_counter + 1'b1; end /* 定义led状态转换寄存器 */ reg [1:0] r_led_state_switch = 2'd0; always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n) begin if (~i_sys_rst_n) r_led_state_switch <= 2'b00; else if (r_0_2s_counter == (p_0_2s_counter - 1'b1)) r_led_state_switch <= r_led_state_switch + 1'b1; else r_led_state_switch <= r_led_state_switch; end /* 识别按键，切换显示模式 */ reg [3:0] r_led; always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n) begin if (~i_sys_rst_n) r_led <= 4'b0000; /* 按键2按下时，从右向左流水灯效果 */ else if (i_key[0] == 1'b0) case (r_led_state_switch) 2'b00 : r_led <= 4'b1000; 2'b01 : r_led <= 4'b0100; 2'b10 : r_led <= 4'b0010; 2'b11 : r_led <= 4'b0001; default : r_led <= 4'b0000; endcase /* 按键3按下时，从左向右流水灯效果 */ else if (i_key[1] == 1'b0) case (r_led_state_switch) 2'b00 : r_led <= 4'b0001; 2'b01 : r_led <= 4'b0010; 2'b10 : r_led <= 4'b0100; 2'b11 : r_led <= 4'b1000; default : r_led <= 4'b0000; endcase /* 按键4按下时，led闪烁 */ else if (i_key[2] == 1'b0) case (r_led_state_switch) 2'b00 : r_led <= 4'b1111; 2'b01 : r_led <= 4'b0000; 2'b10 : r_led <= 4'b1111; 2'b11 : r_led <= 4'b0000; default : r_led <= 4'b0000; endcase /* 无按键按下时，led熄灭 */ else r_led <= 4'b0000; end assign o_led = r_led; endmodule
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