基于FPGA的按键控制LED灯亮灭

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。

本实验我们将介绍如何使用按键控制多个LED的亮灭。

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（如下图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（如下图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第一种开关。

图1 轻触式按键

图2 自锁式按键

2. 实验任务

使用开发板上的四个按键控制四个LED灯。不同按键按下时，四个LED灯显示不同效果。（由于按键1被复位键占用，故本实验中使用按键2、按键3、按键4控制LED灯显示四种状态）

当按下按键2时，4个LED灯显示从右向左流水灯效果。

当按下按键3时，4个LED灯显示从左向右流水灯效果。

当按下按键4时，4个LED灯闪烁

3. 硬件设计

本实验中，系统时钟、复位按键、按键和LED灯的管脚如下表所示。

按键控制LED管脚分配图

4. 程序设计

系统框图

运行代码：
 

/***********************************************************************
Filename     : key_led.v
Author       : 
Company      : 
Mail         : 
Device       : Altera
Enviroment   : Win10,Quartus16.1,modelsim 10.4
Created date : 
Version      : V1.0
Description  : 
Sim          :
Modified by  :
Modified date:
Version      :
Description  :
************************************************************************/
module key_led (
  input i_sys_clk,/* 系统时钟信号50MHz */
  input i_sys_rst_n,/* 系统复位信号,低有效 */
  input [2:0] i_key,/* 按键输入信号 */
  output [3:0] o_led/* LED输出信号 */
);
/* 定义0.2s计数寄存器 */
parameter p_0_2s_counter = 10_000_000;
reg [23:0] r_0_2s_counter = 24'd0;
always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n)
begin
  if (~i_sys_rst_n)
    r_0_2s_counter <= 24'd0;
  else if (r_0_2s_counter == (p_0_2s_counter - 1'b1))
    r_0_2s_counter <= 24'd0;
  else
    r_0_2s_counter <= r_0_2s_counter + 1'b1;
end
/* 定义LED状态转换寄存器 */
reg [1:0] r_led_state_switch = 2'd0;
always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n)
begin
  if (~i_sys_rst_n)
    r_led_state_switch <= 2'b00;
  else if (r_0_2s_counter == (p_0_2s_counter - 1'b1))
    r_led_state_switch <= r_led_state_switch + 1'b1;
  else
    r_led_state_switch <= r_led_state_switch;
end
/* 识别按键，切换显示模式 */
reg [3:0] r_led;
always @ (posedge i_sys_clk or negedge i_sys_rst_n)
begin
  if (~i_sys_rst_n)
    r_led <= 4'b0000;
  /* 按键2按下时，从右向左流水灯效果 */
  else if (i_key[0] == 1'b0)
    case (r_led_state_switch)
      2'b00 : r_led <= 4'b1000;
      2'b01 : r_led <= 4'b0100;
      2'b10 : r_led <= 4'b0010;
      2'b11 : r_led <= 4'b0001;
      default : r_led <= 4'b0000;
    endcase
  /* 按键3按下时，从左向右流水灯效果 */
  else if (i_key[1] == 1'b0)
  case (r_led_state_switch)
    2'b00 : r_led <= 4'b0001;
    2'b01 : r_led <= 4'b0010;
    2'b10 : r_led <= 4'b0100;
    2'b11 : r_led <= 4'b1000;
    default : r_led <= 4'b0000;
  endcase
  /* 按键4按下时，LED闪烁 */
  else if (i_key[2] == 1'b0)
  case (r_led_state_switch)
    2'b00 : r_led <= 4'b1111;
    2'b01 : r_led <= 4'b0000;
    2'b10 : r_led <= 4'b1111;
    2'b11 : r_led <= 4'b0000;
    default : r_led <= 4'b0000;
  endcase
  /* 无按键按下时，LED熄灭 */
  else
    r_led <= 4'b0000;
end
assign o_led = r_led;
endmodule