FPGA实现按键控制LED灯实验

实验目的：

通过 FPGA 实现按键控制 LED 灯的亮灭，加深对 FPGA 的理解和应用。

实验器材：

- FPGA 开发板（例如 DE10-Lite）
- USB 线
- 按键模块
- LED 灯模块

实验步骤：

1. 搭建硬件电路

将按键模块和 LED 灯模块插入 FPGA 开发板的相应引脚上，并将 FPGA 开发板与电脑连接。

按键模块连接方式：

- K1 和 K2 分别连接到 FPGA 引脚的 PIN_23 和 PIN_25 上。
- GND 连接到 FPGA 引脚的 PIN_19 上。

LED 灯模块连接方式：

- VCC 连接到 FPGA 引脚的 PIN_3 上。
- GND 连接到 FPGA 引脚的 PIN_1 上。
- LED1 和 LED2 分别连接到 FPGA 引脚的 PIN_10 和 PIN_12 上。

2. 新建 Quartus 工程

打开 Quartus 软件，选择 File -> New Project Wizard，新建一个工程。

3. 添加 Verilog 文件

在工程目录下新建一个 Verilog 文件，将以下代码复制进去：

module key_led(
    input clk,
    input k1,
    input k2,
    output led1,
    output led2
);

reg [1:0] state;

always @(posedge clk)
begin
    case(state)
        2'b00: begin led1 <= 1'b0; led2 <= 1'b0; if(k1) state <= 2'b01; if(k2) state <= 2'b10; end
        2'b01: begin led1 <= 1'b1; led2 <= 1'b0; if(!k1) state <= 2'b00; end
        2'b10: begin led1 <= 1'b0; led2 <= 1'b1; if(!k2) state <= 2'b00; end
        default: state <= 2'b00;
    endcase
end

endmodule

这段 Verilog 代码实现了按键控制 LED 灯的功能，在上升沿时检测按键的状态，根据按键的状态控制 LED 灯的亮灭。

4. 设计约束文件

在工程目录下新建一个 SDC 文件，将以下代码复制进去：

create_clock -name clk -period 10.0 -waveform {0 5.0} [get_ports clk]

set_input_delay -clock clk -max 2.0 [get_ports k1]
set_input_delay -clock clk -max 2.0 [get_ports k2]
set_output_delay -clock clk -max 2.0 [get_ports led1]
set_output_delay -clock clk -max 2.0 [get_ports led2]

这段 SDC 代码定义了时钟和输入输出的时序约束。

5. 编译工程

在 Quartus 软件中，选择 Processing -> Start Compilation，编译工程。

6. 下载到 FPGA 开发板

编译成功后，在 Quartus 软件中选择 Tools -> Programmer，将编译好的文件下载到 FPGA 开发板。

7. 运行实验

将 FPGA 开发板接通电源，按下 K1 按键，LED1 灯亮起；按下 K2 按键，LED2 灯亮起。松开按键后，LED 灯熄灭。

实验效果：

通过按键控制 LED 灯的亮灭，实现了简单的数字逻辑电路的设计和实现。

实验总结：

本实验通过 FPGA 实现按键控制 LED 灯的亮灭，加深了对 FPGA 的理解和应用。在设计数字逻辑电路时，需要注意时序约束的设置，确保电路能够正常工作。