使用fpga开发板上的按键,控制4颗led,依次实现流水效果

使用FPGA开发板上的按键来控制4颗LED灯，实现流水效果是一种常见且简单的电子系统设计任务。下面是一个实现该功能的基本思路：

1. 首先，需要在FPGA开发板上找到相应的按键和LED引脚。按键通常会通过电平变化触发，而LED则需要通过对应引脚输出逻辑高或逻辑低的信号来控制。

2. 在FPGA设计软件中，创建一个逻辑设计的项目。然后定义相关的引脚约束，将按键连接到输入引脚，将四个LED灯连接到输出引脚。

3. 在逻辑设计中，使用一个状态机来实现流水效果。状态机将根据按键触发的事件来切换状态，并控制四个LED灯的亮灭。例如，可以使用一个变量来表示当前状态，从而确定哪个LED应该亮起。当按键按下时，状态机切换到下一个状态。

4. 在逻辑设计中，需要添加时钟信号来控制状态机的切换速度。可以将时钟信号与按键信号进行逻辑运算，使得状态机只在时钟信号变化的时候才进行状态切换。

5. 将逻辑设计编译生成比特流文件，并通过开发板上的编程工具将比特流文件烧录到FPGA芯片中。

6. 连接好按键和LED灯，并将开发板上电。通过按下按键，即可实现四个LED灯的流水效果。

总结起来，实现使用FPGA开发板上的按键控制4颗LED灯的流水效果需要以下步骤：确定引脚连接关系，创建逻辑设计项目，设计状态机逻辑，添加时钟信号，编译生成比特流文件，烧录到FPGA芯片，并使用按键触发流水效果。

相关问题

fpga按键点亮流水灯】

### FPGA 按键控制流水灯实现方法

在FPGA设计中，通过按键控制流水灯是一种常见的练习项目。为了实现这一功能，可以采用有限状态机（FSM）的设计思路[^1]。

#### 设计概述
整个系统由多个模块组成，主要包括时钟分频器、状态控制器以及LED驱动逻辑部分。其中，时钟分频器用于生成不同频率的脉冲信号；状态控制器负责处理来自外部按键输入并更新当前的工作模式；而LED驱动则依据设定的时间间隔依次点亮相应的LED灯泡。

#### 关键组件说明

##### 1. 时钟分频器 (Clock Divider)

由于大多数开发板上的晶振工作频率较高（如50MHz），因此需要先对其进行降频操作才能满足实际应用需求。这里可以通过简单的计数方式来完成：

module clk_divider (
    input wire sys_clk,     // System clock signal from board oscillator
    output reg slow_clk      // Slower frequency clock used by other modules
);
parameter DIVIDE_BY = 25_000_000; // Divide system clock to get ~1Hz pulse width
integer count;

always @(posedge sys_clk) begin
    if(count >= DIVIDE_BY - 1) begin
        count <= 0;
        slow_clk <= !slow_clk;
    end else begin
        count <= count + 1;
    end
end
endmodule

此代码片段展示了如何创建一个可配置的时钟分频电路，能够将高速度的系统时钟转换成较低速率的周期性方波输出。

##### 2. 状态控制器 (State Controller)

该单元接收用户按下按钮产生的事件，并据此改变内部的状态变量，从而影响后续LED显示效果的变化规律。具体来说，在本案例中存在四种不同的运行速度选项——即每隔0.5秒、1秒、2秒或5秒钟触发一次新的亮灭动作。每当检测到有效边沿变化时就会自动切换至下一个预设档位循环往复直至再次被中断为止。

module state_controller(
    input wire reset,
    input wire btn_press,
    input wire tick_signal,
    output reg [1:0] current_speed_index
);

// Define states and transitions here...
typedef enum logic [1:0] {
    SPEED_0P5S = 2'b00,
    SPEED_1S   = 2'b01,
    SPEED_2S   = 2'b10,
    SPEED_5S   = 2'b11
} speed_t;

speed_t next_state;

always_ff @(posedge tick_signal or posedge reset) begin : proc_current_speed_index
    if(reset)
        current_speed_index <= SPEED_0P5S;
    else
        current_speed_index <= next_state;
end

always_comb begin : comb_next_state_logic
    case(current_speed_index)
        SPEED_0P5S :
            next_state = (btn_press)? SPEED_1S : SPEED_0P5S ;
        SPEED_1S :
            next_state = (btn_press)? SPEED_2S : SPEED_1S ;
        SPEED_2S :
            next_state = (btn_press)? SPEED_5S : SPEED_2S ;
        SPEED_5S :
            next_state = (btn_press)? SPEED_0P5S : SPEED_5S ;
        default:
            next_state = SPEED_0P5S;
    endcase
end

endmodule

上述Verilog程序定义了一个具有四个离散阶段的状态转移图谱，用来管理因应于每次按键活动所引起的流光溢彩现象之间的平滑过渡过程.

##### 3. LED 驱动逻辑 (LED Driver Logic)

最后一步就是编写具体的LED控制算法了。这部分会依赖前面提到过的两个子系统的协同作用：一方面利用经过调整后的低频时基作为定时基准；另一方面则是按照选定的速度参数去决定何时开启/关闭特定编号位置处的小型发光二极管元件群组。

module led_driver(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [1:0] speed_select,
    output reg [7:0] leds_out
);

reg [2:0] counter;
wire enable_led_update;

assign enable_led_update = ((counter == 'd9)&&(rst_n));

initial begin
    counter=3'd0;
    leds_out='b0000_0001;
end

always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)
        counter<=3'd0;
    else if(enable_led_update)
        counter<=counter+1;
end

always@(*)begin
    case(speed_select)
        2'b00://0.5s interval
            if(counter==4'd8)//half second passed
                shift_left(leds_out);
                
        2'b01://1s interval
            if(counter==4'd16)//one second passed
                shift_right(leds_out);
        
        2'b10://2s interval
            if(counter==4'd32)//two seconds passed
                toggle_all(leds_out);
            
        2'b11://5s interval
            if(counter==4'd80)//five seconds passed
                reverse_order(leds_out);
    
        default:
            ;//do nothing
    endcase
end

function void shift_left(ref bit[7:0] data);
    integer i;
    for(i=0;i<7;i=i+1)
        data[i]=data[i+1];
    data[7]='b0;
endfunction

function void shift_right(ref bit[7:0] data);
    integer i;
    for(i=7;i>0;i=i-1)
        data[i]=data[i-1];
    data[0]='b0;
endfunction

function void toggle_all(output bit[7:0] data);
    data=~data;
endfunction

function void reverse_order(inout bit[7:0] data);
    integer j,k,temp;
    for(j=0,j<k;j++,k--)
       temp=data[j];data[j]=data[k];data[k]=temp;
endfunction

endmodule

这段代码实现了根据不同时间间隔执行相应变换的效果，比如左移、右移、全部翻转或是顺序颠倒等操作，以此达到视觉上连续流动的感觉。