FPGA按键消抖实验的Verilog实现与设计文件

资源摘要信息:"基于FPGA使用Verilog语言设计的按键消抖实验，结合Quartus 9.1工程源码与设计说明文件，适用于学习和参考。实验中，通过Verilog编程实现对FPGA上三个独立按键的消抖处理，确保按键状态的稳定性和准确性。当任一按键被按下时，相应的LED指示灯将点亮，再次按下相同按键后LED熄灭，从而实现按键控制LED亮灭的功能。实验源码中包含了模块定义、输入输出声明、按键消抖逻辑、时钟分频器和LED控制逻辑等关键部分。" ### 知识点详细说明： 1. **FPGA与Verilog语言：** - FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可以通过编程实现各种逻辑功能的集成电路。 - Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于模拟电子系统，特别是数字电路设计。 2. **按键消抖：** - 按键在按下或释放时由于机械和电气特性会产生抖动，导致产生的信号不稳定。消抖处理是指消除这些由抖动产生的信号波动，确保系统能稳定识别按键状态。 - 在本实验中，消抖处理是通过检测按键状态持续一段时间后未变化来实现的。 3. **Quartus II 9.1：** - Quartus II 是一款由Altera（现为Intel旗下子公司）开发的FPGA和CPLD（复杂可编程逻辑器件）设计软件，提供硬件描述语言的编译、仿真和编程等功能。 4. **设计说明：** - 设计文档详细说明了FPGA开发板上按键与LED的连接关系以及Verilog程序是如何实现按键控制LED亮灭的。 - 文档中会涉及模块的端口定义、信号的时序关系和状态机设计等关键设计要素。 5. **Verilog模块端口定义：** - `clk`：主时钟信号，频率通常较高，用于驱动FPGA内部逻辑运算。 - `rst_n`：复位信号，低有效，用于将FPGA内部逻辑重置到初始状态。 - `sw_in`：输入信号，用于控制其他模块（本例中未使用）。 - `sw1_n`至`sw4_n`：四个独立按键输入，低电平表示按键被按下。 - `led_d3`至`led_d6`：四个LED输出，用以指示按键状态。 6. **消抖逻辑：** - 使用计数器`cnt`实现时序控制，记录按键状态持续时间。 - 当检测到按键状态变化（`key_an`）时，将计数器清零；计数器达到预设阈值（此处为20ms）后，确认按键状态稳定。 7. **状态锁存与LED控制：** - 锁存稳定后的按键状态至`low_sw`寄存器中。 - 通过`led_ctrl`信号检测当前稳定状态与上一状态的变化，从而控制LED的亮灭。 8. **时钟分频：** - 在本例中没有直接体现，但时钟分频器在FPGA设计中常常用来降低工作频率以满足低速电路或外设的要求。 9. **寄存器与触发器：** - 使用`reg`类型变量在Verilog中描述寄存器。 - 使用`always`块和时钟（`posedge clk`）信号触发，模拟触发器的行为。 10. **设计的可扩展性与可维护性：** - 设计中采用模块化思想，便于功能的扩展和后续的维护。 - 代码中包含注释和分块说明，有助于理解程序逻辑和功能实现。 综上所述，本实验资源为学习FPGA设计和Verilog编程提供了实例参考，特别适合初学者进行实践操作，以便更好地理解硬件编程和电路设计的实际应用。通过实践本实验，可以加深对FPGA开发流程、Verilog编程技能以及数字电路设计的理解和掌握。