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基于DE2-115开发板的LED流水灯设计

设计目标：实现6个LED周期为1秒的跑马灯效果，支持按键暂停/恢复。

一、实验环境

• 硬件平台：DE2-115 FPGA开发板
• 开发工具：
  • VScode + Verilog-HDL插件
  • Quartus Prime Lite Edition
  • ModelSim

二、模块化设计

采用层次化设计，分为以下模块：

1. 分频模块（fenpin.v）：将50MHz时钟分频至1Hz。
2. 显示模块（display.v）：控制LED流水灯状态机。
3. 按键检测模块（key_debounce.v）：按键去抖动与状态切换。
4. 顶层模块（LedBlink.v）：模块互联与引脚分配。

三、代码实现

1. 分频模块（fenpin.v）

module fenpin(input clk_50M,      // 50MHz时钟输入input rst_n,        // 复位信号（低有效）output reg clk_1Hz  // 1Hz分频输出
);
reg [25:0] cnt;         // 50MHz→1Hz需计数50,000,000次（26位计数器）always @(posedge clk_50M or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincnt <= 26'd0;clk_1Hz <= 1'b0;endelse if (cnt == 26'd49_999_999) begin // 计数满50,000,000次cnt <= 26'd0;clk_1Hz <= ~clk_1Hz;             // 输出翻转endelse begincnt <= cnt + 1'b1;end
end
endmodule

2. 显示模块（display.v）

module display(input clk_1Hz,      // 1Hz时钟输入input rst_n,        // 复位信号input pause,        // 暂停信号（选做）output reg [5:0] led // LED输出
);
reg [2:0] state;        // 状态机（6种状态）always @(posedge clk_1Hz or negedge rst_n) beginif (!rst_n) beginstate <= 3'd0;led <= 6'b000001; // 初始状态：第1个LED亮endelse if (!pause) begin // 非暂停状态时切换case(state)3'd0: led <= 6'b000001; // 状态0: LED0亮3'd1: led <= 6'b000010; // 状态1: LED1亮3'd2: led <= 6'b000100; // ...依次类推3'd3: led <= 6'b001000;3'd4: led <= 6'b010000;3'd5: led <= 6'b100000;default: led <= 6'b000000;endcasestate <= (state == 3'd5) ? 3'd0 : state + 1; // 循环状态end
end
endmodule

3. 按键检测模块（key_debounce.v）（选做）

module key_debounce(input clk_50M,input key_in,       // 原始按键输入output reg key_out  // 去抖后输出
);
reg [19:0] cnt;         // 20ms去抖计数器（50MHz→20ms需计数1,000,000次）always @(posedge clk_50M) beginif (key_in != key_out) beginif (cnt == 20'd999_999) beginkey_out <= key_in; // 稳定后更新cnt <= 20'd0;endelse cnt <= cnt + 1;endelse cnt <= 20'd0;
end
endmodule

4. 顶层模块（LedBlink.v）

module LedBlink(input clk_50M,      // 开发板50MHz时钟input rst_n,        // 复位按键（KEY0）input pause_key,    // 暂停按键（KEY1，选做）output [5:0] led    // LED[5:0]
);
wire clk_1Hz;
wire pause_clean;// 分频模块实例化
fenpin u_fenpin(.clk_50M(clk_50M),.rst_n(rst_n),.clk_1Hz(clk_1Hz)
);// 按键去抖动实例化（选做）
key_debounce u_key(.clk_50M(clk_50M),.key_in(pause_key),.key_out(pause_clean)
);// 显示模块实例化
display u_display(.clk_1Hz(clk_1Hz),.rst_n(rst_n),.pause(pause_clean),.led(led)
);
endmodule

四、引脚分配（DE2-115）

五、实际效果

• 上电后，LED从右至左依次点亮，周期1秒。
• 按下KEY1可暂停流水灯，再次按下恢复。