FPGA实战篇——【3】按键控制蜂鸣器
FPGA实战——按键控制蜂鸣器
目录
- FPGA实战——按键控制蜂鸣器
- 实验任务：
- 蜂鸣器
- 硬件设计
- 程序设计
- rtl文件
- 按键消抖
- ucf文件
- 编译
- RTL图
- 补充——例化模块 的软件操作：
- 下载及debug
- 仿真
实验任务：
复位后蜂鸣器发声，按下按键后停止发声，再次按下继续发声。
蜂鸣器
有源无源的判断：
1.将蜂鸣器引脚朝上，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。
2.万用表电阻档Rxl档: 用黑表笔接蜂鸣器 "+"引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。
本次实验使用有源蜂鸣器
硬件设计
当BUZZER引脚输出低电平时，PNP导通，蜂鸣器发声工作。
程序设计
rtl文件
这次我们用到了按键消抖，需要单独写一个模块比较方便，所以这节开始，我们就开始用多个.V文件，然后写顶层模块调用例化的底层模块这种写法了。回顾一下例化的知识(伪代码)：
比如我已经定义了
<底层led模块>
module pled(input sys_clk,output led_value
);
那么我在顶层模块例化他的时候：
<底层模块>
首先定义顶层模块：
module top_flow_led(input sys_clk,output led
);
例化led模块时：
pled pled_u(.sysclk(sys_clk),.led_value(led)
);在例化模块中，.sysclk后的()表示的是输入，也就是说，因为在原来的pled模块中，sysclk是input，所以（）中的变量为一个输入，现在，只需要将开发板上的晶振连接到顶层文件的input sysclk，然后这个顶层文件的sysclk再输入到led 的sysclk就实现了对底层模块的时钟的赋值。***********************而底层模块pled中 led_value是个output，所以这里.led_value(led)中led是作为led_value的输出接收信号，接收底层模块的输出，然后通过顶层模块，连接到开发板的LED灯上。***********************这就是通过例化连接到顶层模块的写法。具体后面的例子变量多，看起来可能更容易理解。
按键消抖
思想：当检测到按键值发生变化，也就是被按下时，将按键值保存，保存之后，每隔一段时间取按键值与原来值进行比较，如果持续20ms不变，就认为按键确实按下了。
（实际上，只需要检测到按键按下之后，启动计数器（不管怎么抖，都以变化后为计时起点重新计时），只要计数器在计数到20ms之前 ，按键值没有发生变化，就认为按键被按下）
那么我们写一个按键消抖模块，输入key（只用一个按键）输出一个key_flag表示按键被按下的标志，再输出一个key_value来存储key的值。
（一些疑问在最后的 下载与debug解决部分解决）
**************按键消抖模块**************
module key_debounce( //消抖模块input sys_clk,input sys_rst_n,input key,output reg key_value,output reg key_flag);reg key_reg; //存储key的值,相当于temp的作用
reg [19:0] delay_cnt; //计数器，计数20ms内key未变即按键被按下 20ms / 20ns = 100_0000,20位//按键延时计数器
always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(!sys_rst_n)beginkey_reg <= 1'b1; //1为未按下delay_cnt <= 20'd0; //计数器值清零endelse beginkey_reg <= key; //把key的值存储到寄存器中去if(key_reg != key) //说明按键值有变化！！！！！（不管怎么抖，都以变化后为计时起点重新计时） delay_cnt <= 20'd100_0000; //一旦检测到key值变化，就把计数器设到倒计时最大值。else if(key_reg == key)begin //说明此时按键还是按下的状态if(delay_cnt > 20'd0)delay_cnt <= delay_cnt - 1'b1;else //else 它要等于自己！！！！！delay_cnt <= delay_cnt;endend
end//按键抖动判断
always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(!sys_rst_n)beginkey_value <= 1'b1;key_flag <= 1'b0;endelse if(delay_cnt == 20'd1) begin //从100_0000到了1，说明持续了20mskey_flag <= 1'b1;key_value <= key; //寄存此时的按键值endelse begin //计数器减到0key_flag <= 1'b0; //这是个flag 标志位，不需要一直为1，只需要一个周期即可。key_value <= key_value;end
end
endmodule
这里有一点需要讲解一下：
我们在key_reg <= key;之后，马上就判断key_reg和key是否相等，而且FPGA是并行的，这又是非阻塞赋值，那这不是肯定相等吗，其实不然。
always语句块是在posedge sys_clk的时候执行，其他时候不执行，而key_reg <= key; 这句虽然执行了，但是并不是马上把key的值给key_reg，而是需要等下一个clk上升沿才真正赋值，此时key_reg是上一clk的值，key就是实时的按键值，此时可以进行比较。
**************蜂鸣器模块**************
module beep_ctrl(input sys_clk,input sys_rst_n,input key_value,input key_flag,output reg beep
);always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(!sys_rst_n)beep <= 1'b0;else if(key_flag && (~key_value))beep <= ~beep;
endendmodule
**************顶层模块**************
module top_key_beep(input sys_clk,input sys_rst_n,input key,output beep);//只需要作为导线把两个模块连接到一起即可，不需要是reg型
wire key_value;
wire key_flag; key_debounce key_debounce_u(.sys_clk (sys_clk) ,.sys_rst_n (sys_rst_n), .key (key) ,.key_value (key_value), .key_flag (key_flag) );beep_ctrl beep_ctrl_u(.sys_clk (sys_clk) ,.sys_rst_n (sys_rst_n) ,.key_value (key_value) ,.key_flag (key_flag) ,.beep (beep) ); endmodule
发现顶层模块并不是top_key_beep，所以我们设置一下，
如果设置完之后没有变化，说明我们的代码有错误，一定要好好检查。比如endmodule会忘记加。（如果代码添加进ise之后发现全编译的绿色按钮灰色，下方工具栏很多没有显示，也可能使endmodule未加）
这样就OK了。
ucf文件
NET sys_clk TNM_NET = sys_clk_pin;
TIMESPEC TS_sys_clk_pin = PERIOD sys_clk_pin 20ns HIGH 50%;NET sys_clk LOC = T8 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET sys_rst_n LOC = L3 | IOSTANDARD = LVCMOS33;################## KEY ############################
NET key LOC = C3 | IOSTANDARD = LVCMOS33;################## BEEP ############################
NET beep LOC = J11 | IOSTANDARD = LVCMOS33;编译
编译报错：
Line 29: Target of concurrent assignment or output port connection should be a net type.
原因是：
例化时输出必须为wire类型的！！！！！
RTL图
上次我们用了第一种，是需要我们手动添加的，这次我们用第二个，就不需要手动添加了。
首先是这样的，但是我们还想看内部的图，那么我们可以双击这个rtl图，就可以看到内部
补充——例化模块 的软件操作：
首先两个底层模块加入进ISE，然后创建一个顶层模块。接下来，对于底层模块的例化，我们可以
将这段代码复制进顶层文件即可。
下载及debug
生成bit流文件，就可以下载进开发板了。
发现不能按一下就一直响，响了按一下不能停，问题出在下图那
我们先分析下逻辑，如果计数器从1百万减到1了，就可以把flag变成1，此时让key_value等于0，就是按下了。但是我们忽略了一点，就是按键松开的时候，也需要消抖！！！！那这时候，是不是消抖完还让他等于0呢，不是应该是等于稳定后的key值也就是把这里改成：key_value <=key;
如果按我们刚才那种，那没错，按下去是正常的，但是松开的时候，因为我们flag =1 ，但是按键值key_vlaue却还是0，此时，在下图的逻辑中相当于又按下了一次！！！！
另外，这个bug 也解决了了另外一个问题，就是为什么key_flag只持续了一个clk周期，不能一直等于1，这样对于后面的按键松开消抖不利，实验证明，这样按键会及其不灵敏！！
仿真
tb很简单，思想就是模拟按键抖动即可。
`timescale 1ns / 1nsmodule tb_top_key_beep;// Inputsreg sys_clk;reg sys_rst_n;reg key;// Outputswire beep;// Instantiate the Unit Under Test (UUT)top_key_beep u_top_key_beep (.sys_clk(sys_clk), .sys_rst_n(sys_rst_n), .key(key), .beep(beep));initial begin// Initialize Inputssys_clk <= 1'b0;sys_rst_n <= 1'b0;key <= 1'b1;// Wait 100 ns for global reset to finish#100;sys_rst_n <= 1'b1;// Add stimulus here#150 key <= 1'b0; // 在第250ns按下按键#1_000_000 key <= 1'b1; //模拟按键抖动1ms#1_000_000 key <= 1'b0;#1_000_000 key <= 1'b1;#1_000_000 key <= 1'b0;#21_000_000 key <= 1'b1; //20ms之后松开按键#1_000_000 key <= 1'b0;#1_000_000 key <= 1'b1;#1_000_000 key <= 1'b0;#1_000_000 key <= 1'b1;#17_000_000 key <= 1'b0; //开始按下#1_000_000 key <= 1'b1;#1_000_000 key <= 1'b0;#1_000_000 key <= 1'b1;#1_000_000 key <= 1'b0;#17_000_000 key <= 1'b1; //松开#1_000_000 key <= 1'b0;#1_000_000 key <= 1'b1;#1_000_000 key <= 1'b0;#1_000_000 key <= 1'b1;#20_000_000 key <= 1'b0; //松开end//生成时钟 always #10 sys_clk = ~sys_clk;
endmodule模拟了100ms之后的结果，我设置的是按键按下的延迟先20ms，后两个17ms，再一个20ms，可以看到符合我们的预期，之后前后两个才改变了beep的状态。
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满意答案 0fhk9 2017.12.30 采纳率:53% 等级:7 已帮助:1961人 T0HEQU 30H T0L EQU 31H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH ...
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