FPGA——多路选择器实现按键控制LED灯的亮灭

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前言

• 软件：Quartus Prime Standard 18.0
• 仿真软件：modelsim 10.5
• 代码编写软件：VSCode
• 波形绘制工具：Visio 2013
• 硬件：小脚丫 Altera MAX10

期望效果：
我们希望通过一个按键对输入LED的信号进行选择，在当我们摁下key3时，即当key3为低信号时，LED选择Key2为LED的信号，反之则取key1的信号进行参考。

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一、多路选择器

多路选择器是数据选择器的别称，在多路数据传输中，能够根据需要将其中任一路选择出来的电路，叫做数据选择器，也称多路选择器或多路开关。是一种简单的组合逻辑电路。

• 组合逻辑：

组合逻辑实际是VerilogHDL设计中的一个重要组成部分。从电路本质上讲，组合逻辑电路的特点是输出信号只是当前时刻输入信号的函数，与其他时刻的输入状态无关，无存储电路，也没有反馈电路。

二、绘制模块框图及波形图

在工程开始时，新建一个项目文件，里面新建四个文件夹，分别为：
prj(工程文件)、rtl(.v文件)、sim(仿真测试文件)、doc(波形绘制文件)

• 添加形状
  
  

• 模块框图
  

• 波形图

在sel为0时，Out输出信号是in_2波形、反之为in_1波形。

三、Verilog HDL代码及测试代码

在rtl文件夹里创建一个mus2_1.v的文件,定义的模块名需要与文件名一致。此时双击打开VSCode进行代码编写。

module mus2_1(
    input wire  in_1,
    input wire in_2,
    input wire sel,//选通信号
    output reg out
);
always @(*)//组合逻辑进行阻塞赋值
    if(sel == 1'b1)
    out=in_1;
    else
    out =in_2;

endmodule

在sim文件夹里新建测试文件tb_mus2_1.v

`timescale 1ns/1ns //时间尺度
module tb_mus2_1();
reg in_1;
reg in_2;
reg sel;
wire out;
initial begin //初始化变量，上电后只执行一次
    in_1<=1'b0;
    in_2<=1'b0;
    sel <=1'b0;
end  
//设置随机波形图
always #10 in_1<={$random}%2;
always #10 in_2<={$random}%2;
always #10 sel<={$random}%2;


mus2_1   mus2_1_inst  ( //实例化模块
     .in_1(in_1),
     .in_2(in_2),
     .sel(sel),//选通信号
     .out(out)
);
endmodule

四、创建工程

• 打开quartus,new一个工程

• 点击next
  

• 选择工程路径，选择到前面我们创建的prj文件夹下。填写工程名，这里尽量选择与我们的.v文件一致的名字—mus2_1。
  

• 这里我们不选择模板，直接next。
  

• 文件我们后面再添加，先next。

• 对板子进行选型，这里我使用的是Altera max10,如果你用的是别的板子需要到英特尔的官网下载对应quartus版本的器件库，即使同样是max 10,如果quartus的版本不一样，器件库也不一样。需要注意。
  
• 选择仿真软件及语言
  
• 检查配置是否正确，然后点击finish完成工程创建。
  
• 添加源文件和测试文件

• 双击
  

• 选择文件进行添加
  

• 将测试文件添加到仿真中

在上图的1下，选择测试文件，在2处填写测试文件名。

五、仿真

点击下方自动打开仿真软件

• 仿真波形图

解释：在标线所处位置sel为1时，输出电平应为in_1的信号为0，此时out也为0。仿真成功！如何进行仿真的具体步骤这里不进行介绍。

六、上板验证

1、分配引脚

根据厂商提供的引脚分配图进行分配

• 设置引脚
  

• 依次填写对应的引脚
  

这里key1控制in_1信号，key2控制in_2信号，key3作为选通信号。初始时，三个按键均未摁下，key3为高电平，输出信号为key1,此时摁下key1时，key1处低电平灯亮。反之，摁下key3,选通信号选择的是key2信号，此时摁下key2,灯亮。总结，就是摁下key1灯亮，或者摁下key2+key3灯亮。

2、烧录

• 选择USB

这里如果没有检测到USB-Blaster,有两种情况一是你的数据线不支持数据的传输、二是你驱动没有更新，搜一下进行更新即可识别。

• 点击添加文件，在prj文件夹下寻找outputfiles文件夹下的sof文件
  
• 点击start开始烧录在，右边是进度条
  

七、效果演示

keyofLED

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八、总结

这是第一次实物操作fpga板子，感觉很棒，总体来说这次的操作还是比较简单，但是通过自己画模块框图及波形图，对后面的仿真及代码的理解具有很强的理解性上的帮助！通过这次实验，应该算是入坑了吧，哈哈！