按键控制流水灯方向——FPGA

**按键控制流水灯方向——FPGA**

在本文中，我们将介绍如何使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）来实现一个简单的流水灯控制系统。该系统将通过按键来控制流水灯的方向。

**硬件环境**

我们将使用Xilinx Spartan-6 FPGA作为硬件平台。该板载有一个Spartan-6 XC6SLX16 FPGA芯片，具有128Kb的块RAM和64Kb的配置RAM。

**软件环境**

我们将使用Vivado2019.1作为FPGA设计工具。Vivado提供了一个图形化界面，使得用户能够轻松地创建、综合和验证FPGA设计。

**流水灯控制系统**

流水灯控制系统主要由以下几个部分组成：

* **按键输入**:用于接收用户的输入，例如上下左右等。
* **方向控制**:根据用户的输入来控制流水灯的方向。
* **流水灯驱动**:负责驱动流水灯的显示。

**设计实现**

### 按键输入首先，我们需要将按键连接到FPGA上的IO口。我们使用Vivado创建一个新项目，并在其中添加一个IO口模块。

vhdl-- 按键输入模块library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC;

entity Button_Input is Port ( clk : in STD_LOGIC; -- 时钟信号 btn_up : in STD_LOGIC; -- 上按键信号 btn_down : in STD_LOGIC; -- 下按键信号 btn_left : in STD_LOGIC; -- 左按键信号 btn_right : in STD_LOGIC -- 右按键信号 );
end Button_Input;

architecture Behavioral of Button_Input isbegin -- 按键信号的逻辑实现 process(clk)
 begin if rising_edge(clk) then -- 上下左右按键信号的状态机 case state is when IDLE =>
 if btn_up = '1' then state <= UP;
 elsif btn_down = '1' then state <= DOWN;
 elsif btn_left = '1' then state <= LEFT;
 elsif btn_right = '1' then state <= RIGHT;
 end if;
 when UP =>
 -- 上按键信号有效时，状态机转为UP state <= UP;
 when DOWN =>
 -- 下按键信号有效时，状态机转为DOWN state <= DOWN;
 when LEFT =>
 -- 左按键信号有效时，状态机转为LEFT state <= LEFT;
 when RIGHT =>
 -- 右按键信号有效时，状态机转为RIGHT state <= RIGHT;
 end case;
 end if;
 end process;

 -- 按键信号输出 btn_up_out <= btn_up;
 btn_down_out <= btn_down;
 btn_left_out <= btn_left;
 btn_right_out <= btn_right;
end Behavioral;

vhdl-- 方向控制模块library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC;

entity Direction_Control is Port ( clk : in STD_LOGIC; -- 时钟信号 btn_up_out : in STD_LOGIC; -- 上按键输出信号 btn_down_out : in STD_LOGIC; -- 下按键输出信号 btn_left_out : in STD_LOGIC; -- 左按键输出信号 btn_right_out : in STD_LOGIC -- 右按键输出信号 );
end Direction_Control;

architecture Behavioral of Direction_Control isbegin -- 方向控制逻辑实现 process(clk)
 begin if rising_edge(clk) then -- 根据用户的输入来控制流水灯的方向 case state is when IDLE =>
 if btn_up_out = '1' then direction <= UP;
 elsif btn_down_out = '1' then direction <= DOWN;
 elsif btn_left_out = '1' then direction <= LEFT;
 elsif btn_right_out = '1' then direction <= RIGHT;
 end if;
 when UP =>
 -- 上按键信号有效时，方向为上 direction <= UP;
 when DOWN =>
 -- 下按键信号有效时，方向为下 direction <= DOWN;
 when LEFT =>
 -- 左按键信号有效时，方向为左 direction <= LEFT;
 when RIGHT =>
 -- 右按键信号有效时，方向为右 direction <= RIGHT;
 end case;
 end if;
 end process;

 -- 方向输出 direction_out <= direction;
end Behavioral;

vhdl-- 流水灯驱动模块library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC;

entity LED_Driver is Port ( clk : in STD_LOGIC; -- 时钟信号 direction_out : in STD_LOGIC; -- 方向输出信号 led_red : out STD_LOGIC; -- 红色LED输出信号 led_green : out STD_LOGIC -- 绿色LED输出信号 );
end LED_Driver;

architecture Behavioral of LED_Driver isbegin -- 流水灯驱动逻辑实现 process(clk)
 begin if rising_edge(clk) then -- 根据方向来控制流水灯的显示 case direction_out is when UP =>
 led_red <= '1';
 led_green <= '0';
 when DOWN =>
 led_red <= '0';
 led_green <= '1';
 when LEFT =>
 led_red <= '0';
 led_green <= '0';
 when RIGHT =>
 led_red <= '1';
 led_green <= '1';
 end case;
 end if;
 end process;

end Behavioral;