利用FPGA检测按键电平变化，并用按键控制： ① 初始化，数码管秒表显示“00.00.00”； ② FPGA检测到按键Key1被按下——数码管开始正计时； ③ FPGA检测到按键Key1再次被按下——数码管从当前时间开始倒 计时，直至“00.00.00”停止； ④ FPGA检测到按键Key1再次被按下——数码管从当前时间开始正 计时，即重复②。 按键消抖用Flag_KEYs <= KEYs_scan_d1 & (~KEYs_scan);来做。 使用case语句实现数码管扫描选择

<think>嗯，用户的问题是关于如何使用FPGA通过按键控制数码管进行正计时和倒计时，并实现按键消抖及数码管扫描选择。我需要仔细分析这个问题，确保覆盖所有提到的关键点：按键控制、数码管显示、正倒计时、按键消抖、case语句、扫描选择，以及Verilog或VHDL的实现。 首先，用户可能对FPGA开发有一定的基础，但可能需要具体的模块设计和代码示例。我需要考虑如何将各个模块分解，比如按键消抖模块、计时控制模块、数码管扫描模块等。同时，用户提到了正计时和倒计时，这涉及到计时逻辑的切换，可能需要状态机或者控制信号来处理。 接下来，按键消抖是必须的，因为机械按键会有抖动，导致多次触发。常见的消抖方法是通过延时检测，比如在检测到按键按下后，等待一段时间再确认状态。引用中的[^1]提到了按键消抖的功能，这可能需要用到计数器来计时稳定状态。 数码管扫描选择部分，引用[^3]中的分频模块可能相关，因为数码管扫描需要较高的频率以避免闪烁。通常，数码管是动态显示的，通过快速切换位选和段选信号来实现。需要分频器将系统时钟分频到适合扫描的频率，比如几百赫兹。 计时器的部分，引用[^4]提到了定时器和计时器的区别，正计时是加法，倒计时是减法，并且需要处理进位和借位。可能需要一个核心计时模块，根据模式选择加或减，同时处理进位借位逻辑。状态机可能用于切换不同的模式，比如正计时、倒计时、暂停等。 状态机的设计可能需要参考引用[^2]中的CHECK状态，虽然那是一个密码验证的状态，但状态转换的思路类似。使用case语句来处理不同的状态，每个状态执行相应的操作，并在条件满足时转换到下一个状态。 代码结构方面，可能需要用Verilog模块来实现各个部分。例如，按键消抖模块、分频模块、计时控制模块、数码管驱动模块等。在顶层模块中实例化这些模块，并将它们连接起来。 需要特别注意数码管的动态扫描，即轮流点亮每一位数码管，利用人眼的视觉暂留效应。这需要位选信号和段选信号的配合，通常使用一个计数器来循环选择每一位，并输出对应的段码。 在实现正倒计时切换时，可能需要一个模式切换按键，通过检测该按键的状态来改变计时器的方向。同时，另一个按键用于启动或暂停计时。按键消抖模块需要为每个按键单独处理，确保每个按键的稳定检测。 最后，测试和调试也是重要的一环，确保各个模块协同工作，计时准确，显示无误。可能需要仿真或者实际硬件测试来验证功能。 总结一下，我需要分步骤讲解各个模块的设计，提供代码示例，并引用相关的参考文献来支持设计中的关键点，比如消抖、分频、状态转换等。同时，生成相关问题帮助用户进一步学习。</think>### FPGA计时器系统设计步骤 #### 一、按键消抖模块设计 1. 机械按键会产生5-20ms抖动，需检测稳定状态 2. 使用20ms计数器实现消抖功能（对应50MHz时钟需计数1,000,000次） ```verilog module debounce( input clk, input btn_in, output reg btn_out ); reg [19:0] counter; always @(posedge clk) begin if(btn_in != btn_out) begin if(counter < 20'hFFFFF) counter <= counter + 1; else btn_out <= btn_in; end else counter <= 0; end endmodule ``` *原理：当输入信号变化后，持续20ms稳定才输出新状态[^1]* #### 二、计时核心模块 ##### 1. 模式控制状态机 ```verilog reg [1:0] mode; // 00:停止 01:正计时 10:倒计时 always @(posedge key_mode) begin case(mode) 2'b00: mode <= 2'b01; 2'b01: mode <= 2'b10; 2'b10: mode <= 2'b00; endcase } ``` ##### 2. 计时逻辑实现 ```verilog always @(posedge clk_1Hz) begin if(mode[0]) begin // 正计时 if(sec_l < 9) sec_l <= sec_l + 1; else begin sec_l <= 0; if(sec_h < 5) sec_h <= sec_h + 1; // 类似处理分钟位... end end else if(mode[1]) begin // 倒计时 if(sec_l > 0) sec_l <= sec_l - 1; else begin sec_l <= 9; if(sec_h > 0) sec_h <= sec_h - 1; // 类似处理分钟位... end end } ``` *注：需处理借位逻辑和边界条件* #### 三、数码管扫描模块 1. 分频生成1kHz扫描时钟（50MHz→50,000分频） ```verilog module div1( input clk, output reg scan_clk ); reg [15:0] cnt; always @(posedge clk) begin if(cnt == 24999) begin cnt <= 0; scan_clk <= ~scan_clk; end else cnt <= cnt + 1; end endmodule ``` *参考引用的分频器设计* 2. 动态扫描实现 ```verilog reg [3:0] sel; reg [6:0] seg; always @(posedge scan_clk) begin case(sel) 4'b1110: begin seg <= digit[3]; // 分钟十位 sel <= 4'b1101; end 4'b1101: begin seg <= digit[2]; // 分钟个位 sel <= 4'b1011; end // 继续处理秒十位和秒个位... endcase } ``` #### 四、系统整合 ```verilog module top( input clk, input [1:0] key, output [3:0] dig_sel, output [6:0] seg ); wire db_key_start, db_key_mode; debounce db1(clk, key[0], db_key_start); debounce db2(clk, key[1], db_key_mode); wire clk_1Hz, scan_clk; div1 u1(clk, clk_1Hz); div2 u2(clk, scan_clk); // 扫描时钟分频 timer_core u3(clk_1Hz, db_key_mode, ...); scan_driver u4(scan_clk, ...); endmodule ```