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1)实验平台:正点原子领航者V2 ZYNQ开发板
2) 章节摘自【正点原子】《领航者ZYNQ之FPGA开发指南_V2 》
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第九章 按键控制LED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:
1.1按键简介
1.2实验任务
1.3硬件设计
1.4程序设计
1.5下载验证
1.1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 7.5.13.1),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 7.5.13.2),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 7.5.13.1 轻触式按键
图 7.5.13.2 自锁式按键
1.2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。
1.3硬件设计
底板上按键的原理图如下图所示:
图 7.5.13.1 按键电路原理图
在图 7.5.13.1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 9.3.1 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 N16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]
- set_property -dict {PACKAGE_PIN L14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports key[0]]
- set_property -dict {PACKAGE_PIN K16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports key[1]]
- set_property -dict {PACKAGE_PIN H15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}]
- set_property -dict {PACKAGE_PIN L15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}]
复制代码
1.4程序设计
按键控制LED系统框图如下图所示:
图 7.5.13.1 按键控制LED系统框图
在图 7.5.13.1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
复制代码
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。
1.5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 7.5.13.1 实验现象
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