《深入浅出玩转FPGA》部分课件代码

根据给定文件中的内容，我们可以总结出两个主要的FPGA设计案例：分频模块与按键模块。接下来将详细解析这两个模块的设计思路、实现原理及应用背景。 ### 分频模块 #### 模块介绍 该模块的功能是实现输入时钟信号（`clk`）的分频处理，最终输出一个频率较低的时钟信号（`clk_div`）。在这个例子中，通过一个20位的计数器`cnt`来实现分频操作，具体地，每当计数器溢出时（即计数值达到最大值`20'hfffff`），`clk_div`信号就会翻转一次，从而实现了50MHz时钟信号的分频。 #### 模块结构 - **接口定义**：该模块有三个端口，分别是输入时钟信号`clk`、低电平有效的复位信号`rst_n`以及输出分频后的时钟信号`clk_div`。 - **计数器设计**：通过定义一个20位的寄存器`cnt`来进行计数，每次在时钟上升沿递增1。如果`rst_n`为低电平，则将`cnt`清零。 - **分频逻辑**：当`cnt`的值等于`20'hfffff`时，`clk_div`信号将会翻转。这个条件大致对应于原时钟信号的20ms周期，也就是说，输出的`clk_div`信号频率大约为50Hz。 ### 按键模块 #### 模块介绍 此模块用于处理三个独立按键的输入，并根据按键状态控制三个对应的LED灯的亮灭。具体而言，每当检测到一个按键被按下并释放后，与其关联的LED灯的状态就会改变（即从亮变灭或从灭变亮）。 #### 模块结构 - **接口定义**：该模块包含六个端口，分别是输入时钟信号`clk`、低电平有效的复位信号`rst_n`、三个按键输入信号（`sw1_n`、`sw2_n`、`sw3_n`）以及三个LED输出信号（`led_d1`、`led_d2`、`led_d3`）。 - **按键去抖动**：通过比较当前按键状态与前一时刻的状态，判断是否发生了按键动作。为了消除按键抖动的影响，使用了一个20ms的延迟电路。 - **状态检测**：定义了`key_rst`和`key_rst_r`寄存器来存储当前和上一时钟周期的按键状态，通过比较这两个寄存器的值来检测按键的按压事件。 - **LED控制**：当检测到按键按压事件时，通过计数器`cnt`进行20ms延时后，将按键状态锁存到`low_sw_r`中，并据此更新LED的状态。每当`low_sw`由1变为0时，LED的状态将发生翻转。 ### 总结 以上两个模块都是FPGA设计中常见的基础模块。分频模块可以帮助我们获得所需频率的时钟信号，而按键模块则能够帮助我们处理外部输入信号并作出响应。这些基础知识对于初学者来说是非常重要的，它们不仅有助于理解基本的硬件描述语言（HDL）编程技巧，还能为更复杂的设计打下坚实的基础。