【每周FPGA案例】至简设计系列_按键控制数字时钟编号：001600000062

明德扬吴老师 · 发表于 2020-7-15 21:50:06

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本案例的编号为：001600000062，如果有疑问，请按编号在下面贴子查找答案：MDY案例交流【汇总贴】_FPGA-明德扬科教 (mdy-edu.com)
【上板现象】

按键控制数字时钟在MP801的上板现象
https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=4

按键控制数字时钟在点拨开发板的上板现象

https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=5

按键控制数字时钟在实验箱的上板现象

https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=6

【设计教程】

至简设计系列_按键控制数字时钟

--作者：小黑同学

本文为明德扬原创及录用文章，转载请注明出处！

1.1 总体设计1.1.1 概述

数字时钟是采用数字电路技术实现时、分、秒计时显示的装置，可以用数字同时显示时，分，秒的精确时间并实现准确校时，具备体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求高、高精确性、容易开发等特性，在工业控制系统、智能化仪器表、办公自动化系统等诸多领域取得了极为广泛的应用，诸如自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自定启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等。与传统表盘式机械时钟相比，数字时钟具有更高的准确性和直观性，由于没有机械装置，其使用寿命更长。

1.1.2 设计目标

本设计要求实现可设置的数字时钟（速度快10倍，每过0.1s，秒数加1），具体要求如下：

1、按下按键key1，时钟暂停，跳到设置时间状态，在按按键key1，回到正常状态。

2、通过按键key2，选择要设置的位置，初始时设置秒低位，按一下，设置秒高位，再按下，设置分低位，依次类推，循环设置。

3、通过按键key3，设置数值，按一下数值加1，如果溢出，则重新变为0。

4、通过数码管将时间实时显示出来。

5、如果开发板上的按键是矩阵键盘，那么要产生需要的按键信号，需要通过例化矩阵键盘模块来产生。

1.1.3 系统结构框图

系统结构框图如下所示：

结构图共分两个，如果使用的开发板上是普通按键的时候，对应的结构图是图一。如果使用的开发板上是矩阵键盘的时候，对应的结构图是图二。

图一

图二

1.1.4模块功能Ø 按键检测模块实现功能

将外来异步信号打两拍处理，将异步信号同步化；

实现20ms按键消抖功能，并输出有效按键信号。

Ø 矩阵键盘模块实现功能

将外来异步信号打两拍处理，将异步信号同步化；

实现20ms按键消抖功能；

实现矩阵键盘的按键检测功能，并输出有效按键信号。

Ø 时间产生模块实现功能

产生时间数据；

根据接收到的不同的按键信号，产生暂停、开启、设置时间的功能。

Ø 数码管显示模块实现功能

对接收到的时间数据进行译码。

1.1.5顶层信号

信号名	接口方向	定义
clk	输入	系统时钟，50Mhz
rst_n	输入	低电平复位信号
Key	输入	3位按键信号，开发板按键为矩阵键盘时，不需要该信号
Key_col	输入	4位矩阵键盘列信号，默认高电平，开发板按键为普通按键时，不需要该信号
Key_row	输出	4位矩阵键盘行信号，默认低电平，开发板按键为普通按键时，不需要该信号
Segment	输出	8位数码管段选信号
Seg_sel	输出	6位数码管位选信号

1.1.6参考代码

下面是使用普通按键的顶层代码：

1. module key_clock(

2. clk ,

3. rst_n ,

4. key ,

5. segment,

6. seg_sel

7. );

8.

9. parameter COUNT_TIME = 23'd500_0000;

10. parameter DELAY_TIME = 10000 ;

11. parameter SEG_WID = 8 ;

12. parameter SEG_SEL = 6 ;

13.

14. parameter KEY_S = 4 ;

15. parameter KEY_W = 3 ;

16.

17. input clk ;

18. input rst_n ;

19. input [ 2:0] key ;

20. output [ 7:0] segment ;

21. output [ 6:0] seg_sel ;

22.

23. wire [ 2:0] key_vld ;

24. wire [23:0] segment_data;

25. wire [ 3:0] cnt2 ;

26. wire [ 3:0] cnt3 ;

27. wire [ 3:0] cnt4 ;

28. wire [ 3:0] cnt5 ;

29. wire [ 3:0] cnt6 ;

30. wire [ 3:0] cnt7 ;

31.

32.

33. key_module uut0(

34. .clk (clk ),

35. .rst_n (rst_n ),

36. .key_in (key ),

37. .key_vld (key_vld)

38. );

39.

40.

41. time_data uut1(

42. .clk (clk ),

43. .rst_n (rst_n ),

44. .key_vld (key_vld),

45. .cnt2 (cnt2 ),

46. .cnt3 (cnt3 ),

47. .cnt4 (cnt4 ),

48. .cnt5 (cnt5 ),

49. .cnt6 (cnt6 ),

50. .cnt7 (cnt7 )

51.

52. );

53.

54.

55. seg_disp uut2(

56. .clk (clk ),

57. .rst_n (rst_n ),

58. .segment (segment ),

59. .seg_sel (seg_sel ),

60. .segment_data ({cnt7,cnt6,cnt5,cnt4,cnt3,cnt2})

61.

62. );

63.

64.

65. endmodule

下面是使用矩阵键盘的顶层代码：

66. module key_clock_jvzhen(

67. clk ,

68. rst_n ,

69. key_col,

70. key_row,

71. segment,

72. seg_sel

73. );

74.

75. parameter COUNT_TIME = 23'd500_0000;

76. parameter DELAY_TIME = 10000 ;

77. parameter SEG_WID = 8 ;

78. parameter SEG_SEL = 6 ;

79.

80. parameter KEY_S = 4 ;

81. parameter KEY_W = 3 ;

82.

83. input clk ;

84. input rst_n ;

85. input [ 3:0] key_col ;

86. output [ 3:0] key_row ;

87. output [ 7:0] segment ;

88. output [ 6:0] seg_sel ;

89.

90. wire [ 3:0] key_vld ;

91. wire [ 3:0] cnt2 ;

92. wire [ 3:0] cnt3 ;

93. wire [ 3:0] cnt4 ;

94. wire [ 3:0] cnt5 ;

95. wire [ 3:0] cnt6 ;

96. wire [ 3:0] cnt7 ;

97.

98.

99. key_scan uut0(

100. .clk (clk ),

101. .rst_n (rst_n ),

102. .key_col (key_col),

103. .key_row (key_row),

104. .key_en (key_vld)

105. );

106.

107.

108. time_data uut1(

109. .clk (clk ),

110. .rst_n (rst_n ),

111. .key_vld (key_vld),

112. .cnt2 (cnt2 ),

113. .cnt3 (cnt3 ),

114. .cnt4 (cnt4 ),

115. .cnt5 (cnt5 ),

116. .cnt6 (cnt6 ),

117. .cnt7 (cnt7 )

118.

119. );

120.

121.

122. seg_disp uut2(

123. .clk (clk ),

124. .rst_n (rst_n ),

125. .segment (segment ),

126. .seg_sel (seg_sel ),

127. .segment_data ({cnt7,cnt6,cnt5,cnt4,cnt3,cnt2})

128. );

129.

130.

131. endmodule

1.2 按键检测模块设计1.2.1 接口信号

信号	接口方向	定义
clk	输入	系统时钟
rst_n	输入	低电平复位信号
key_in	输入	按键输入
key_vld	输出	按键按下指示信号

1.2.2 设计思路Ø

硬件电路

独立式按键工作原理如上图所示，4条输入线连接到FPGA的IO口上，当按键S1按下时，3.3V的电源通过电阻R53再通过按键S1最终进入GND形成一条通路，这条线路的全部电压都加在R53上，则KS0是低电平。当松开按键后，线路断开，就不会有电流通过，KS0应该是3.3V，为高电平。我们可以通过KS0这个IO口的高低电平状态来判断是否有按键按下。其他按键原理与S1一致。

从图上可以看出，如果我们按下按键，那么按键就会接通并连接到低电平GND，如果我们没有按下，那么按键就会断开并接到3.3V，因此按键为低电平有效。通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开或者闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而机械式按键在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如果不进行处理，会使系统识别到抖动信号而进行不必要的反应，导致模块功能不正常，为了避免这种现象的产生，需要进行按键消抖的操作

Ø 按键消抖

按键消抖主要分为硬件消抖和软件消抖。两个“与非”门构成一个RS触发器为常用的硬件消抖。软件方法消抖，即检测出键闭合后执行一个延时程序，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～20ms，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认按下按键操作有效。当检测到按键释放后，也要给5ms～20ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。经过按键消抖的行人优先按键，判断按键有效后，按键信号传递给控制系统，控制系统再进入相应的处理程序。

由于按键按下去的时间一般都会大于20ms，为了达到不管按键按下多久，都视为按下一次的效果，提出以下计数器架构，如下图所示：

消抖计数器cnt：用于计算20ms的时间，加一条件为flag==0 &&（&key_in_ff1==0），表示当某个按键按下就开始计数；结束条件为100000，表示数到20ms就结束

按键：表示被按下的按键，没被按下时为高电平，按下后为低电平。

Flag_add：20ms指示信号，默认为低电平，当按键按键按下20ms后变为高电平，直到按键信号变为高电平，重新拉低。

1.2.3参考代码

使用明德扬的计数器模板，可以很快速很熟练地写出按键消抖模块。

132. module key_module(

133. clk ,

134. rst_n ,

135. key_in ,

136. key_vld

137. );

138. parameter DATA_W = 20 ;

139. parameter KEY_W = 3 ;

140. parameter TIME_20MS = 1_000_000 ;

141.

142. input clk ;

143. input rst_n ;

144. input [KEY_W-1 :0] key_in ;

145. output [KEY_W-1 :0] key_vld ;

146. reg [KEY_W-1 :0] key_vld ;

147. reg [DATA_W-1:0] cnt ;

148. wire add_cnt ;

149. wire end_cnt ;

150. reg flag_add ;

151. reg [KEY_W-1 :0] key_in_ff1 ;

152. reg [KEY_W-1 :0] key_in_ff0 ;

153.

154.

155. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

156. if(rst_n==1'b0)begin

157. cnt <= 20'b0;

158. end

159. else if(add_cnt)begin

160. if(end_cnt)

161. cnt <= 20'b0;

162. else

163. cnt <= cnt + 1'b1;

164. end

165. else begin

166. cnt <= 0;

167. end

168. end

169.

170. assign add_cnt = flag_add==1'b0 && (&key_in_ff1==0);

171. assign end_cnt = add_cnt && cnt == TIME_20MS - 1;

172.

173.

174. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

175. if(rst_n==1'b0)begin

176. flag_add <= 1'b0;

177. end

178. else if(end_cnt)begin

179. flag_add <= 1'b1;

180. end

181. else if(&key_in_ff1==1)begin

182. flag_add <= 1'b0;

183. end

184. end

185.

186.

187. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

188. if(rst_n==1'b0)begin

189. key_in_ff0 <= {{KEY_W}{1'b1}};

190. key_in_ff1 <= {{KEY_W}{1'b1}};

191. end

192. else begin

193. key_in_ff0 <= key_in ;

194. key_in_ff1 <= key_in_ff0;

195. end

196. end

197.

198.

199. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

200. if(rst_n==1'b0)begin

201. key_vld <= 0;

202. end

203. else if(end_cnt)begin

204. key_vld <= ~key_in_ff1;

205. end

206. else begin

207. key_vld <= 0;

208. end

209. end

210.

211.

212. endmodule

1.3 矩阵键盘模块设计1.3.1接口信号

信号	接口方向	定义
clk	输入	系统时钟
rst_n	输入	低电平复位信号
key_col	输入	矩阵键盘列输入信号
Key_row	输出	矩阵键盘行输出信号
Key_en	输出	按键按下指示信号

1.3.2 设计思路

在前面的案例中已经有矩阵键盘的介绍，所以这里不在过多介绍，详细介绍请看下方链接：

http://fpgabbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=310

1.3.3参考代码

1. module key_scan(

2. clk ,

3. rst_n ,

4. key_col,

5. key_row,

6. key_en

7. );

8.

9.

10. parameter KEY_W = 4 ;

11. parameter CHK_COL = 0 ;

12. parameter CHK_ROW = 1 ;

13. parameter DELAY = 2 ;

14. parameter WAIT_END = 3 ;

15. parameter COL_CNT = 16 ;

16. parameter TIME_20MS= 1000000;

17.

18. input clk ;

19. input rst_n ;

20. input [3:0] key_col ;

21.

22. output[3:0] key_en ;

23. output[KEY_W-1:0] key_row ;

24.

25. reg [3:0] key_out ;

26. reg [KEY_W-1:0] key_row ;

27. reg key_vld ;

28.

29.

30. reg [3:0] key_col_ff0 ;

31. reg [3:0] key_col_ff1 ;

32. reg [1:0] key_col_get ;

33. reg [3:0] key_en ;

34. wire end_shake_cnt ;

35. reg end_shake_cnt_ff0;

36. reg [3:0] state_c ;

37. reg [19:0] shake_cnt ;

38. reg [3:0] state_n ;

39. reg [1:0] row_index ;

40. reg [15:0] row_cnt ;

41. wire col2row_start ;

42. wire row2del_start ;

43. wire del2wait_start ;

44. wire wait2col_start ;

45. wire add_row_cnt ;

46. wire end_row_cnt ;

47. wire add_shake_cnt ;

48. wire add_row_index ;

49. wire end_row_index ;

50.

51.

52. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

53. if(rst_n==1'b0)begin

54. key_col_ff0 <= 4'b1111;

55. key_col_ff1 <= 4'b1111;

56. end

57. else begin

58. key_col_ff0 <= key_col ;

59. key_col_ff1 <= key_col_ff0;

60. end

61. end

62.

63.

64. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

65. if (rst_n==0) begin

66. shake_cnt <= 0;

67. end

68. else if(add_shake_cnt) begin

69. if(end_shake_cnt)

70. shake_cnt <= 0;

71. else

72. shake_cnt <= shake_cnt+1 ;

73. end

74. end

75. assign add_shake_cnt = key_col_ff1!=4'hf;

76. assign end_shake_cnt = add_shake_cnt && shake_cnt == TIME_20MS-1 ;

77.

78.

79. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

80. if(rst_n==1'b0)begin

81. state_c <= CHK_COL;

82. end

83. else begin

84. state_c <= state_n;

85. end

86. end

87.

88. always @(*)begin

89. case(state_c)

90. CHK_COL: begin

91. if(col2row_start )begin

92. state_n = CHK_ROW;

93. end

94. else begin

95. state_n = CHK_COL;

96. end

97. end

98. CHK_ROW: begin

99. if(row2del_start)begin

100. state_n = DELAY;

101. end

102. else begin

103. state_n = CHK_ROW;

104. end

105. end

106. DELAY : begin

107. if(del2wait_start)begin

108. state_n = WAIT_END;

109. end

110. else begin

111. state_n = DELAY;

112. end

113. end

114. WAIT_END: begin

115. if(wait2col_start)begin

116. state_n = CHK_COL;

117. end

118. else begin

119. state_n = WAIT_END;

120. end

121. end

122. default: state_n = CHK_COL;

123. endcase

124. end

125. assign col2row_start = state_c==CHK_COL && end_shake_cnt;

126. assign row2del_start = state_c==CHK_ROW && row_index==3 && end_row_cnt;

127. assign del2wait_start= state_c==DELAY && end_row_cnt;

128. assign wait2col_start= state_c==WAIT_END && key_col_ff1==4'hf;

129.

130. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

131. if(rst_n==1'b0)begin

132. key_row <= 4'b0;

133. end

134. else if(state_c==CHK_ROW)begin

135. key_row <= ~(1'b1 << row_index);

136. end

137. else begin

138. key_row <= 4'b0;

139. end

140. end

141.

142.

143.

144.

145.

146. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

147. if (rst_n==0) begin

148. row_index <= 0;

149. end

150. else if(add_row_index) begin

151. if(end_row_index)

152. row_index <= 0;

153. else

154. row_index <= row_index+1 ;

155. end

156. else if(state_c!=CHK_ROW)begin

157. row_index <= 0;

158. end

159. end

160. assign add_row_index = state_c==CHK_ROW && end_row_cnt;

161. assign end_row_index = add_row_index && row_index == 4-1 ;

162.

163.

164. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

165. if (rst_n==0) begin

166. row_cnt <= 0;

167. end

168. else if(add_row_cnt) begin

169. if(end_row_cnt)

170. row_cnt <= 0;

171. else

172. row_cnt <= row_cnt+1 ;

173. end

174. end

175. assign add_row_cnt = state_c==CHK_ROW || state_c==DELAY;

176. assign end_row_cnt = add_row_cnt && row_cnt == 16-1 ;

177.

178.

179.

180. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

181. if(rst_n==1'b0)begin

182. key_col_get <= 0;

183. end

184. else if(state_c==CHK_COL && end_shake_cnt ) begin

185. if(key_col_ff1==4'b1110)

186. key_col_get <= 0;

187. else if(key_col_ff1==4'b1101)

188. key_col_get <= 1;

189. else if(key_col_ff1==4'b1011)

190. key_col_get <= 2;

191. else

192. key_col_get <= 3;

193. end

194. end

195.

196.

197. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

198. if(rst_n==1'b0)begin

199. key_out <= 0;

200. end

201. else if(state_c==CHK_ROW && end_row_cnt)begin

202. key_out <= {row_index,key_col_get};

203. end

204. else begin

205. key_out <= 0;

206. end

207. end

208.

209. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

210. if(rst_n==1'b0)begin

211. key_vld <= 1'b0;

212. end

213. else if(state_c==CHK_ROW && end_row_cnt && key_col_ff1[key_col_get]==1'b0)begin

214. key_vld <= 1'b1;

215. end

216. else begin

217. key_vld <= 1'b0;

218. end

219. end

220.

221.

222. always @(*)begin

223. if(rst_n==1'b0)begin

224. key_en = 0;

225. end

226. else if(key_vld && key_out==0)begin

227. key_en = 4'b0001;

228. end

229. else if(key_vld && key_out==1)begin

230. key_en = 4'b0010;

231. end

232. else if(key_vld && key_out==2)begin

233. key_en = 4'b0100;

234. end

235. else begin

236. key_en = 0;

237. end

238. end

239.

240.

241. Endmodule

1.4 时间产生模块设计1.4.1接口信号

信号	接口方向	定义
clk	输入	系统时钟
rst_n	输入	低电平复位信号
key_vld	输入	按键按下指示信号
Cnt2	输出	秒低位计数器
Cnt3	输出	秒高位计数器
Cnt4	输出	分低位计数器
Cnt5	输出	分高位计数器
Cnt6	输出	时低位计数器
Cnt7	输出	时高位计数器

1.4.2设计思路

根据题目功能要求可知，要设计数字时钟，由此我们可以提出7个计数器的架构，如下图所示：

该架构由7个计数器组成：时钟计数器cnt1、秒低位计数器cnt2、秒高位计数器cnt3、分低位计数器cnt4、分高位计数器cnt5、时低位计数器cnt6、时高位计数器cnt7。

时钟计数器cnt1：用于计算0.1秒的时钟个数，加一条件为key1_func==0，表示刚上电时开始计数，key1按下之后停止计数，再按下又重新开始计数；结束条件为5000000，表示数到0.1秒就清零。

秒低位计数器cnt2：用于对“1秒“（实际为0.1秒）进行计数，加一条件为(key1_func &&cnt0==0 &&key3_func)||(key1_func==0&&end_cnt1)，表示在设置状态下可通过按键key3来控制加一，或者在正常状态时数到1秒就加1；结束条件为10，表示数到10秒就清零。

秒高位计数器cnt3：用于对10秒进行计数，加一条件为(key1_func&&cnt0==1 &&key3_func)||(key1_func==0 &&end_cnt2)，表示在设置状态下可通过按键key3来控制加一，或者在正常状态时数到10秒就加1；结束条件为6，表示数到60秒就清零。

分低位计数器cnt4：用于对1分进行计数，加一条件为(key1_func&&cnt0==2 &&key3_func)||(key1_func==0 &&end_cnt3)，表示在设置状态下可通过按键key3来控制加一，或者在正常状态时数到1分就加1；结束条件为10，表示数到10分就清零。

分高位计数器cnt5：用于对10分进行计数，加一条件为(key1_func&&cnt0==3 &&key3_func)||(key1_func==0 &&end_cnt4)，表示在设置状态下可通过按键key3来控制加一，或者在正常状态时数到10分就加1；结束条件为6，表示数到60分就清零。

时低位计数器cnt6：用于对1小时进行计数，加一条件为(key1_func&&cnt0==4 &&key3_func)||(key1_func==0 &&end_cnt5)，表示在设置状态下可通过按键key3来控制加一，或者在正常状态时数到1小时就加1；结束条件为x，表示数到x小时就清零。

时高位计数器cnt7：用于对10小时进行计数，加一条件为(key1_func&&cnt0==5 &&key3_func)||(key1_func==0 &&end_cnt6)，表示在设置状态下可通过按键key3来控制加一，或者在正常状态时数到10小时就加1；结束条件为y，表示数到y*10小时就清零。

1.4.3参考代码

使用明德扬的计数器模板，可以很快速很熟练地写出时间产生模块。

1. module time_data(

2. clk ,

3. rst_n ,

4. key_vld ,

5. cnt2 ,

6. cnt3 ,

7. cnt4 ,

8. cnt5 ,

9. cnt6 ,

10. cnt7

11. );

12. input clk ;

13. input rst_n ;

14. input [ 3:0] key_vld ;

15. output [ 3:0] cnt2 ;

16. output [ 3:0] cnt3 ;

17. output [ 3:0] cnt4 ;

18. output [ 3:0] cnt5 ;

19. output [ 3:0] cnt6 ;

20. output [ 3:0] cnt7 ;

21.

22. reg key1_func ;

23. reg key3_func ;

24. reg [ 2:0] cnt0 ;

25. wire add_cnt0 ;

26. wire end_cnt0 ;

27. reg [ 23:0] cnt1 ;

28. wire add_cnt1 ;

29. wire end_cnt1 ;

30. reg [ 3:0] cnt2 ;

31. wire add_cnt2 ;

32. wire end_cnt2 ;

33. reg [ 3:0] cnt3 ;

34. wire add_cnt3 ;

35. wire end_cnt3 ;

36. reg [ 3:0] cnt4 ;

37. wire add_cnt4 ;

38. wire end_cnt4 ;

39. reg [ 3:0] cnt5 ;

40. wire add_cnt5 ;

41. wire end_cnt5 ;

42. reg [ 3:0] cnt6 ;

43. reg [ 3:0] x ;

44. wire add_cnt6 ;

45. wire end_cnt6 ;

46. reg [ 3:0] cnt7 ;

47. reg [ 1:0] y ;

48. wire add_cnt7 ;

49. wire end_cnt7 ;

50.

51.

52.

53. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

54. if(rst_n==1'b0)begin

55. key1_func<=1'b0;

56. end

57. else if(key_vld[0]==1'b1)begin

58. key1_func<=~key1_func;

59. end

60. else begin

61. key1_func<=key1_func;

62. end

63. end

64.

65.

66.

67. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

68. if (rst_n==0) begin

69. cnt0 <= 0;

70. end

71. else if(add_cnt0) begin

72. if(end_cnt0)

73. cnt0 <= 0;

74. else

75. cnt0 <= cnt0+1 ;

76. end

77. end

78. assign add_cnt0 = key_vld[1];

79. assign end_cnt0 = add_cnt0 && cnt0 == 6-1 ;

80.

81.

82. always @(posedge clk or negedge rst_n)begin

83. if(rst_n==1'b0)begin

84. key3_func<=1'b0;

85. end

86. else if(key1_func==1'b1 && key_vld[2]==1'b1)begin

87. key3_func<=1'b1;

88. end

89. else begin

90. key3_func<=1'b0;

91. end

92. end

93.

94.

95. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

96. if (rst_n==0) begin

97. cnt1 <= 0;

98. end

99. else if(add_cnt1) begin

100. if(end_cnt1)

101. cnt1 <= 0;

102. else

103. cnt1 <= cnt1+1 ;

104. end

105. else begin

106. cnt1 <= 0;

107. end

108. end

109. assign add_cnt1 = key1_func==0;

110. assign end_cnt1 = add_cnt1 && cnt1 == 500_0000-1 ;

111.

112.

113.

114.

115. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

116. if (rst_n==0) begin

117. cnt2 <= 0;

118. end

119. else if(add_cnt2) begin

120. if(end_cnt2)

121. cnt2 <= 0;

122. else

123. cnt2 <= cnt2+1 ;

124. end

125. end

126. assign add_cnt2 = (key1_func && cnt0==0 && key3_func) || (key1_func==0 && end_cnt1);

127. assign end_cnt2 = add_cnt2 && cnt2 == 10-1 ;

128.

129.

130.

131.

132. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

133. if (rst_n==0) begin

134. cnt3 <= 0;

135. end

136. else if(add_cnt3) begin

137. if(end_cnt3)

138. cnt3 <= 0;

139. else

140. cnt3 <= cnt3+1 ;

141. end

142. end

143. assign add_cnt3 = (key1_func && cnt0==1 && key3_func) || (key1_func==0 && end_cnt2);

144. assign end_cnt3 = add_cnt3 && cnt3 == 6-1 ;

145.

146.

147.

148. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

149. if (rst_n==0) begin

150. cnt4 <= 0;

151. end

152. else if(add_cnt4) begin

153. if(end_cnt4)

154. cnt4 <= 0;

155. else

156. cnt4 <= cnt4+1 ;

157. end

158. end

159. assign add_cnt4 = (key1_func && cnt0==2 && key3_func) || (key1_func==0 && end_cnt3);

160. assign end_cnt4 = add_cnt4 && cnt4 == 10-1 ;

161.

162.

163. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

164. if (rst_n==0) begin

165. cnt5 <= 0;

166. end

167. else if(add_cnt5) begin

168. if(end_cnt5)

169. cnt5 <= 0;

170. else

171. cnt5 <= cnt5+1 ;

172. end

173. end

174. assign add_cnt5 = (key1_func && cnt0==3 && key3_func) || (key1_func==0 && end_cnt4);

175. assign end_cnt5 = add_cnt5 && cnt5 == 6-1 ;

176.

177.

178. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

179. if (rst_n==0) begin

180. cnt6 <= 0;

181. end

182. else if(add_cnt6) begin

183. if(end_cnt6)

184. cnt6 <= 0;

185. else

186. cnt6 <= cnt6+1 ;

187. end

188. end

189. assign add_cnt6 = (key1_func && cnt0==4 && key3_func) || (key1_func==0 && end_cnt5);

190. assign end_cnt6 = add_cnt6 && cnt6 == x-1 ;

191.

192.

193.

194. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

195. if (rst_n==0) begin

196. cnt7 <= 0;

197. end

198. else if(add_cnt7) begin

199. if(end_cnt7)

200. cnt7 <= 0;

201. else

202. cnt7 <= cnt7+1 ;

203. end

204. end

205. assign add_cnt7 = (key1_func && cnt0==5 && key3_func) || (key1_func==0 && end_cnt6);

206. assign end_cnt7 = add_cnt7 && cnt7 == y-1 ;

207.

208.

209. always @(*)begin

210. if(cnt7==2)begin

211. x = 4;

212. end

213. else begin

214. x =10;

215. end

216. end

217.

218. always @(*)begin

219. if(cnt6>=4)begin

220. y = 2;

221. end

222. else begin

223. y = 3;

224. end

225. end

226.

227.

228. endmodule

1.5 数码管显示模块设计1.5.1接口信号

信号	接口方向	定义
clk	输入	系统时钟
rst_n	输入	低电平复位信号
Segment_data	输入	时间数据
Segment	输出	数码管段选信号
Seg_sel	输出	数码管位选信号

1.5.2设计思路

在前面的案例中已经有数码管显示的介绍，所以这里不在过多介绍，详细介绍请看下方链接：

http://fpgabbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=399

1.5.3参考代码

1. module seg_disp(

2. clk ,

3. rst_n ,

4. segment ,

5. segment_data,

6. seg_sel

7. );

8. parameter ZERO = 8'b1100_0000;

9. parameter ONE = 8'b1111_1001;

10. parameter TWO = 8'b1010_0100;

11. parameter THREE = 8'b1011_0000;

12. parameter FOUR = 8'b1001_1001;

13. parameter FIVE = 8'b1001_0010;

14. parameter SIX = 8'b1000_0010;

15. parameter SEVEN = 8'b1111_1000;

16. parameter EIGHT = 8'b1000_0000;

17. parameter NINE = 8'b1001_0000;

18.

19.

20.

21. input clk ;

22. input rst_n ;

23. input [23:0] segment_data;

24. output [ 7:0] segment ;

25. output [ 5:0] seg_sel ;

26.

27.

28. reg [ 7:0] segment ;

29. wire [ 7:0] segment_tmp ;

30. reg [ 5:0] seg_sel ;

31.

32.

33. reg [15:0] cnt8 ;

34. wire add_cnt8 ;

35. wire end_cnt8 ;

36. reg [ 2:0] cnt9 ;

37. wire add_cnt9 ;

38. wire end_cnt9 ;

39.

40.

41.

42.

43. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

44. if (rst_n==0) begin

45. cnt8 <= 0;

46. end

47. else if(add_cnt8) begin

48. if(end_cnt8)

49. cnt8 <= 0;

50. else

51. cnt8 <= cnt8+1 ;

52. end

53. end

54. assign add_cnt8 = 1;

55. assign end_cnt8 = add_cnt8 && cnt8 == 10000-1 ;

56.

57.

58.

59.

60. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

61. if (rst_n==0) begin

62. cnt9 <= 0;

63. end

64. else if(add_cnt9) begin

65. if(end_cnt9)

66. cnt9 <= 0;

67. else

68. cnt9 <= cnt9+1 ;

69. end

70. end

71. assign add_cnt9 = end_cnt8;

72. assign end_cnt9 = add_cnt9 && cnt9 == 6-1 ;

73.

74.

75.

76.

77. assign segment_tmp = segment_data[(1+cnt9)*4-1 -:4];

78.

79. always@(posedge clk or negedge rst_n)begin

80. if(rst_n==1'b0)begin

81. segment<=ZERO;

82. end

83. else begin

84. case(segment_tmp)

85. 4'd0:segment <= ZERO;

86. 4'd1:segment <= ONE;

87. 4'd2:segment <= TWO;

88. 4'd3:segment <= THREE;

89. 4'd4:segment <= FOUR;

90. 4'd5:segment <= FIVE ;

91. 4'd6:segment <= SIX ;

92. 4'd7:segment <= SEVEN ;

93. 4'd8:segment <= EIGHT ;

94. 4'd9:segment <= NINE ;

95. default:begin

96. segment<=segment;

97. end

98. endcase

99. end

100. end

101.

102.

103.

104.

105. always@(posedge clk or negedge rst_n)begin

106. if(rst_n==1'b0)begin

107. seg_sel <= 6'b11_1110;

108. end

109. else begin

110. seg_sel <= ~(6'b1<<cnt9);

111. end

112. end

113.

114. endmodule

1.6 效果和总结Ø 下图是该工程在mp801开发板上的现象

其中按键s4控制数字时钟的暂停与开始，按键s3来选择需要设置的位，按键s2设置数值。

Ø 下图是该工程在db603开发板上的现象

其中按键s1控制数字时钟的暂停与开始，按键s2来选择需要设置的位，按键s3设置数值。

Ø 下图是该工程在ms980试验箱上的现象

其中按键s1控制数字时钟的暂停与开始，按键s2来选择需要设置的位，按键s3设置数值。

由于该项目的上板现象是动态的，开始、暂停、时间设置等现象无法通过图片表现出来，想观看完整现象的朋友可以看一下现象演示的视频。

感兴趣的朋友也可以访问明德扬论坛（http://www.fpgabbs.cn/）进行FPGA相关工程设计学习，也可以看一下我们往期的文章：

1.7 公司简介

明德扬是一家专注于FPGA领域的专业性公司，公司主要业务包括开发板、教育培训、项目承接、人才服务等多个方向。点拨开发板——学习FPGA的入门之选。
MP801开发板——千兆网、ADDA、大容量SDRAM等，学习和项目需求一步到位。网络培训班——不管时间和空间，明德扬随时在你身边，助你快速学习FPGA。周末培训班——明天的你会感激现在的努力进取，升职加薪明德扬来助你。就业培训班——七大企业级项目实训，获得丰富的项目经验，高薪就业。专题课程——高手修炼课：提升设计能力；实用调试技巧课：提升定位和解决问题能力；FIFO架构设计课：助你快速成为架构设计师；时序约束、数字信号处理、PCIE、综合项目实践课等你来选。项目承接——承接企业FPGA研发项目。人才服务——提供人才推荐、人才代培、人才派遣等服务。

【设计教程下载】

至简设计系列_按键控制数字时钟.pdf (1.35 MB, 下载次数: 2225)

lixin · 发表于 2020-11-12 10:06:22

【问题1】矩阵键盘的视频讲解
答：【每周FPGA案例】至简设计系列_矩阵按键检测 http://www.fpgabbs.cn/forum.php? ... &fromuid=100782

十年灯 · 发表于 2021-3-30 16:39:26

assign segment_tmp = segment_data[(1+cnt9)*4-1 -:4]; 请问这句代码的功能是什么，怎么解释

【每周FPGA案例】至简设计系列_按键控制数字时钟编号：001600000062

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