一、实验环境

quartus 18.1
modelsim
vscode
Cyclone IV开发板

二、实验任务

使用开发板上的四个按键控制四个LED灯。按下不同的按键时，四个LED灯显示不同效果。

三、系统设计

四个按键外加时钟和复位信号作为输入，两个计数器模块分别用于0.2s时间的计数和状态的计数。led模式选择模块根据状态计数器的改变，来改变四个led的状态，形成不同的样式。

四、实验过程

4.1 编写verilog代码

module key_led(input 				clk  ,//时钟50MHzinput 				rst_n,//复位信号，下降沿有效negtiveinput 	[3:0]		key  ,//四个按键output 	reg [3:0]	led   //四个led灯);parameter TIME = 24'd10_000_000;//0.2S
reg [23:0]	cnt ;//计数器0.2S
reg [1:0]	state;//记录四个led状态//0.2s计数器模块
always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begin//复位cnt <= 24'd0;//计数器清0end else if(cnt == TIME - 1)begin//记满10_000_000,0~9_999_999cnt <= 24'd0;//计数器清0end else begincnt <= cnt + 1'd1;//其他情况下计数器加1end 
end //状态计数模块
always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begin//复位信号state <= 2'd0;//状态清0end else if(cnt == TIME - 1)begin//记满10_000_000,0~9_999_999 0.2sstate <= state + 2'd1;//状态加1end else beginstate <= state;//其他情况状态保持不变end 
end //状态控制led模块
always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begin//复位信号led <= 4'b0000;//led全灭end else if(key[0] == 0)begin//右边第1个按键按下，按键低电平0有效case(state)//判断状态的值2'd0: led <= 4'b0001;//右边第1个led灯亮2'd1: led <= 4'b0010;//右边第2个led灯亮2'd2: led <= 4'b0100;//右边第3个led灯亮2'd3: led <= 4'b1000;//右边第4个led灯亮default:;//默认情况不能忘，可以不写，但是要把stat情况考虑完endcase end else if(key[1] == 0)begin//右边第2个按键按下，按键低电平0有效case(state)//判断状态的值2'd0: led <= 4'b1000;//左边第1个led灯亮2'd1: led <= 4'b0100;//左边第2个led灯亮2'd2: led <= 4'b0010;//左边第3个led灯亮2'd3: led <= 4'b0001;//左边第4个led灯亮default:;endcase end else if(key[2] == 0)begin//右边第3个按键按下，按键低电平0有效case(state)2'd0: led <= 4'b1111;//全亮2'd1: led <= 4'b0000;//全灭2'd2: led <= 4'b1111;//全亮2'd3: led <= 4'b0000;//全灭default:;endcase endelse if(key[3] == 0)begin//右边第4个按键按下，按键低电平0有效case(state)2'd0: led <= 4'b1111;//全亮2'd1: led <= 4'b1111;//全亮2'd2: led <= 4'b1111;//全亮2'd3: led <= 4'b1111;//全亮default:;endcase endelse beginled <= 4'b0000;//其他情况默认4个led灯全灭end 
end 
endmodule 

4.2 引脚配置

五、仿真

5.1 仿真代码

`timescale 1ns/1ns//单位/精度
module key_led_tb();reg 		clk  ;//时钟信号
reg 		rst_n;//复位信号
reg	 [3:0]	key  ;//按键信号wire [3:0]	led  ;//led灯信号parameter TIME  = 10;//间隔时间，由10_000_000变为10，便于仿真观察
parameter CYCLE = 20;//周期20ns
always #(CYCLE/2) clk = ~clk;//每10ns翻转一次，刚好模拟时钟周期50MHzinitial beginclk   = 1'b0;//初始时钟为低电平rst_n = 1'b0;//复位信号置0,下降沿有效，初始化#(CYCLE);//时钟20nsrst_n = 1'b1;//复位信号置1#(CYCLE * TIME * 4);//4个led灯，4个间隔，所以乘以4key   = 4'b1110;//按下右边第1个按键#(CYCLE * TIME * 4);key   = 4'b1101;//按下右边第2个按键#(CYCLE * TIME * 4);key   = 4'b1011;//按下右边第3个按键#(CYCLE * TIME * 4);key   = 4'b0111;//按下右边第4个按键#(CYCLE * TIME * 4);$stop;//停止
end //实例化模块
key_led	 #(.TIME (TIME)) u_key_led(
.clk  		(clk)  ,//时钟50MHz
.rst_n		(rst_n),//复位信号，下降沿有效
.key  		(key)  ,//按键信号.led		(led)//led灯
); 
endmodule 

5.2 仿真结果

六、实验结果

七、总结

本次实验除了使用了计数的寄存器，还引入了状态寄存器，使得逻辑结构更加清晰直观，但是本次实验中我们没有进行按键消抖，因此必须把按键按住不放才能实现led灯对应的状态。