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【正点原子FPGA连载】第七章按键控制LED闪烁实验-领航者ZYNQ之FPGA开发指南

2020-9-21 16:57:52 1533

1 1）实验平台：正点原子领航者ZYNQ开发板 2）平台购买地址：https://item.taobao.com/item.htm?&id=606160108761 3）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/FPGA/zdyz_linhanz.html 4）对正点原子FPGA感兴趣的同学可以加群讨论：876744900 5）关注正点原子公众号，获取最新资料第七章按键控制LED闪烁实验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。本章我们将介绍如何使用按键来控制LED闪烁的方式。本章包括以下几个部分： 77.1按键简介 7.2实验任务 7.3硬件设计 7.4程序设计 7.5下载验证 7.1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（如图 7.1.1），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（如图 7.1.2），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这种开关。图 7.1.1 轻触式按键图 7.1.2 自锁式按键 7.2实验任务本节实验任务是使用底板上的PL_KEY0和PL_KEY1按键来控制底板上的PL_LED0和PL_LED1两个LED的闪烁方式。没有按键按下时，两个LED保持常亮；如果按键0按下，则两个LED交替闪烁；如果按键1按下，则两个LED同时闪烁。 7.3硬件设计底板上按键的原理图如下图所示：图 7.3.1 按键电路原理图在图 7.3.1中，PL_KEY0和PL_KEY1连接到ZYNQ的PL端，PS_KEY0和PS_KEY1连接到ZYNQ的PS端。在《领航者ZYNQ之FPGA开发指南》中，我们只使用PL端的外设。 PL端的按键没有按下时，对应的IO端口为高电平；当按键按下时，对应的IO端口变为低电平。本实验的管脚分配如下表所示：表 7.3.1 按键控制LED实验管脚分配对应的XDC约束语句如下所示： set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk] set_property -dict {PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n] set_property -dict {PACKAGE_PIN L20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports key[0]] set_property -dict {PACKAGE_PIN J20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports key[1]] set_property -dict {PACKAGE_PIN J18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}] set_property -dict {PACKAGE_PIN H18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}] 复制代码 7.4程序设计按键控制LED系统框图如下图所示：图 7.4.1 按键控制LED系统框图在图 7.4.1中，计数器对50MHz时钟进行计数，从而达到计时的目的。计数器在每次计时到0.5秒的时候，就改变LED的显示状态，然后清零并重新开始计数。然后根据两个按键（KEY0和KEY1）的状态，在不同的LED状态下，分别设置LED的显示模式（是同时闪烁，或者交替闪烁）。顶层模块代码如下： 1 module key_led( 2 input sys_clk , 3 input sys_rst_n , 4 5 input [1:0] key , 6 output reg [1:0] led 7 ); 8 9 //reg define 10 reg [24:0] cnt; 11 reg led_ctrl; 12 13 //*************************************************** 14 // main code 15 //***************************************************** 16 17 //计数器 18 always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin 19 if(!sys_rst_n) 20 cnt <= 25'd0; 21 else if(cnt < 25'd2500_0000) //计数500ms 22 cnt <= cnt + 1'b1; 23 else 24 cnt <= 25'd0; 25 end 26 27 //每隔500ms就更改LED的闪烁状态 28 always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin 29 if(!sys_rst_n) 30 led_ctrl <= 1'b0; 31 else if(cnt == 25'd2500_0000) 32 led_ctrl <= ~led_ctrl; 33 end 34 35 //根据按键的状态以及LED的闪烁状态来赋值LED 36 always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin 37 if(!sys_rst_n) 38 led <= 2'b11; 39 else case(key) 40 2'b10 : //如果按键0按下，则两个LED交替闪烁 41 if(led_ctrl == 1'b0) 42 led <= 2'b01; 43 else 44 led <= 2'b10; 45 2'b01 : //如果按键1按下，则两个LED同时闪烁 46 if(led_ctrl == 1'b0) 47 led <= 2'b11; 48 else 49 led <= 2'b00; 50 2'b11 : //如果两个按键都未按下，则两个LED都保持点亮 51 led <= 2'b11; 52 default: ; 53 endcase 54 end 55 56 endmodule 代码的第18行的always块用于产生计数器，计时500ms。代码的第28行的always块功能是每隔500ms就给出led的闪烁状态控制信号。代码第36行的always块使用了一个case语句，来根据当前按键的输入值和led闪烁状态控制信号，来进行两个led的赋值。如果按键1按下，则两个LED交替闪烁；如果按键0按下，则两个LED同时亮灭交替；如果两个按键都未按下，则两个LED都保持点亮。 7.5下载验证连接开发板的电源和下载器，并打开电源开关。在工程编译之后，将生成的bit文件下载到开发板中。下载完成之后，底板上两个PL LED处于点亮状态。然后按下PL_KEY0，可以看到两个PL LED交替闪烁；按下PL_KEY1，可以看到两个PL的LED同时闪烁。如下图所示：图 7.5.1 实验现象 0
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