FPGA入门教程：分频与按键控制代码解析

"《深入浅出玩转FPGA》部分课件代码，包含关于分频器和按键消抖电路的设计实例，适合FPGA初学者学习使用。" 在深入讲解FPGA设计之前，我们先理解一下FPGA（Field-Programmable Gate Array），它是一种可编程逻辑器件，用户可以通过配置其内部的逻辑单元来实现特定的功能。相比于ASIC，FPGA提供了快速原型验证、灵活的硬件定制以及在产品迭代中的快速调整等优势。 现在，让我们详细分析给定的两部分代码： 1. **分频器（clkdiv模块）**： - 分频是数字系统中常见的操作，用于降低时钟频率。在这个例子中，我们看到一个50MHz的输入时钟`clk`被分频为较低的频率，这里的目标是生成一个20ms周期的分频信号`clk_div`，用于驱动蜂鸣器。 - `cnt`是一个20位的计数器，在每个时钟上升沿(`posedge clk`)增加1，如果`rst_n`为低，则计数器复位为0。这样，当`cnt`达到最大值20'hfffff时，即经过了20ms（因为50MHz时钟周期是20ns，所以20MHz个周期等于20ms）。 - `clk_div_r`是一个状态寄存器，每当`cnt`达到最大值时，它的值会翻转，产生`clk_div_r`的高电平或低电平，从而形成20ms周期的信号。 - 最终，`clk_div`的值由`clk_div_r`决定，用于输出。 2. **按键消抖（sw_debounce模块）**： - 在嵌入式系统中，按键输入往往会由于机械抖动产生多次脉冲，消抖电路就是为了滤除这种噪声。这里，我们看到三个独立按键`sw1_n`, `sw2_n`, `sw3_n`，它们在被按下时产生低电平信号。 - `key_rst`和`key_rst_r`是两个3位的寄存器，分别用于存储当前按键状态和前一时刻的按键状态。在时钟上升沿，当前按键状态被锁存到`key_rst_r`，这有助于检测按键是否真正被按下或释放。 - 按键的状态变化只有在连续两个时钟周期内保持不变时才被认可，这样可以确保不是由于抖动引起的误触发。一旦确定按键状态改变，相应的LED（`led_d1`, `led_d2`, `led_d3`）会被点亮或熄灭。 通过这两个实例，初学者可以了解到FPGA设计的基本元素，如时钟、复位、状态机、计数器以及输入/输出信号的处理。这些知识是构建更复杂FPGA系统的基础。在实际项目中，你可以根据需求对这些基本模块进行组合和扩展，实现更多功能。