按键+串口发送实验

摸鱼记录 Day_15     ～(￣▽￣～)(～￣▽￣)～

review

        前边已经学习了：

        串口发送Vivado 串口通信(UART)------串口发送-CSDN博客

        按键基于状态机的按键消抖实现-CSDN博客

1.  今日摸鱼任务

控制四个按键[3:0]key

按下按键后：

                    使用串口发送对应的拨码开关的值到电脑

                    发送完成后对应的led闪烁

 2. design sources

key_one   基于状态机的按键消抖实现-CSDN博客

module key_one(
                 input clk , 
                 input reset_n,
                 input key,
                 output reg key_flag,
                 output reg key_state);
                 
        // nedge_key pedge_key
        reg dff_k_0 , dff_k_1 ;
        reg r_key; 
        wire  nedge_key, pedge_key;
        always@(posedge clk )    
            dff_k_0 <= key ;
        always@(posedge clk )    
            dff_k_1 <= dff_k_0 ;
        always@(posedge clk )    
            r_key <= dff_k_1 ;
            
        assign nedge_key = (r_key == 1)&&(dff_k_1 == 0);
        assign pedge_key = (r_key == 0)&&(dff_k_1 == 1);
   
        // key_now   0:IDLE   1:FILTER0   2:DOWN   3:FILTER1
        // cnt 20ms/20ns = 1000000 ;
        reg [1:0]key_now;
        reg [19:0] cnt;
        parameter cnt_N = 1000000;
        always@(posedge clk or negedge reset_n ) 
            if(!reset_n) 
                begin
                    key_now <= 0 ;
                    cnt <= 0;
                    key_flag <= 0;
                    key_state <= 1;
                end
            else 
                begin
                    key_flag <= 0;
                    case(key_now)
                        0:
                           if(!nedge_key) key_now <= 0;
                           else 
                               begin 
                                 cnt <= 0 ;
                                 key_now <= 1; 
                               end
                               
                        1:
                            if(pedge_key) key_now <= 0;
                            else if(cnt >= cnt_N - 1) 
                                begin
                                    cnt <= 0 ;
                                    key_now <= 2;
                                    key_flag <= 1;
                                    key_state <= 0;
                                end
                            else cnt <= cnt + 1'b1;
                            
                        2:
                            if(!pedge_key) key_now <= 2;
                            else
                                begin
                                    cnt <= 0 ;
                                    key_now <= 3;
                                end
                        
                        3:
                            if(nedge_key) key_now <= 2;
                            else if(cnt >= cnt_N - 1)
                                 begin
                                    cnt <= 0 ;
                                    key_now <= 0;
                                    key_flag <= 1;
                                    key_state <= 1;
                                end
                            else cnt <= cnt + 1'b1;    
                        
                    endcase
                end

endmodule

uart_txx   Vivado 串口通信(UART)原理A ------串口发送实验-CSDN博客

module uart_txx(input clk , 
                input reset_n , 
                input [7:0]data , 
                input Send_Go ,
                output  reg uart_tx_ , 
                output reg Tx_Done  );
        //默认使用波特率BAUD 115200  时钟频率 CLK_FREQ  50MHz
    parameter start_bit = 0 ;
    parameter stop_bit  = 1 ;
    parameter BAUD = 115200;
    parameter CLK_FREQ = 50_000_000;
    parameter bps_c = CLK_FREQ / BAUD ;    
    
        reg Send_en ; 
        always@(posedge clk or negedge reset_n )
        if(! reset_n) 
            Send_en <= 0 ;
        else if(Send_Go)
            Send_en <= 1 ; 
        else if((tx_flag==9)&&(counter_bps == bps_c - 1)) 
            Send_en <= 0 ;
        
      // bps
      reg [30:0] counter_bps ;        
      always@(posedge clk or negedge reset_n)
        if(! reset_n) 
            counter_bps <= 0 ;
        else if (Send_en)
            if(counter_bps == bps_c - 1)
                counter_bps <= 0 ;
            else
                counter_bps <= counter_bps + 1'b1 ;
        else
            counter_bps <= 0 ;
            
      // 发送状态
      reg [3:0] tx_flag;
      always@(posedge clk or negedge reset_n)
        if(! reset_n) 
            tx_flag <= 0 ;
        else if (!Send_en) tx_flag <= 0 ;
        else if ((tx_flag==9)&&(counter_bps == bps_c - 1))
             tx_flag <= 0 ;
        else
             if(counter_bps == bps_c - 1)
                tx_flag <= tx_flag + 1'b1 ;
                
//       Send_Go改变发送信号         
        reg [7:0]r_data;
        always@(posedge clk)
        if(Send_Go)
         r_data <= data;
        else
         r_data <= r_data;                    
         
    //  tx_flag          
       always@(*)
       if(!Send_en) 
            uart_tx_ <= 1'b1;
       else
        begin 
            case(tx_flag)
            4'b0000 : uart_tx_ <= start_bit;
            4'b0001 : uart_tx_ <= r_data[0];
            4'b0010 : uart_tx_ <= r_data[1];
            4'b0011 : uart_tx_ <= r_data[2];
            4'b0100 : uart_tx_ <= r_data[3];
            4'b0101 : uart_tx_ <= r_data[4];
            4'b0110 : uart_tx_ <= r_data[5];
            4'b0111 : uart_tx_ <= r_data[6];
            4'b1000 : uart_tx_ <= r_data[7];
            4'b1001 : uart_tx_ <= stop_bit;
            default : uart_tx_ <= uart_tx_;
            endcase
            
        end      
        
        
        always@(posedge clk )        
        Tx_Done <= (tx_flag==9)&&(counter_bps == bps_c - 1);
     
endmodule

//以上两个函数对应之前的学习笔记
开始主函数哩：
key_main

module key_main( input clk , 
                 input reset_n,
                 input [3:0]key,
                 input [7:0]data,
                 output [3:0] key_state,           //按键状态判断，可用key_one 获得
                 output reg tx_data,                //串口输出
                 output [3:0] led                     // 串口发送完成信号，可用uart_txx 获得

                 );

        //四个按键

       wire [3:0] key_flag;

                key_one   

                                key_0

                                key_1

                                key_2

                                key_3

        //对应uart_tx

        wire [3:0] tx_data_;

endmodule

一开始的想法当然很简单啦~

第一个问题：uart_txx  uart_tx_0(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(key_flag[0] ),. uart_tx_(tx_data_[0]) , . Tx_Done(led[0])  );

        用key_flag[0] 作为串口发送使能信号，key_flag[0] 在按键按下、释放都会产生脉冲信号，故在按键按下会发送两次信号

解决方法：if((key_flag[0])&&(key_state[0]==0))  Send_Go_[0] <=  1'b1 ;

                        添加使能信号 reg [3:0]Send_Go_ ; 

第二个问题：

[DRC MDRV-1] Multiple Driver Nets: Net uart_tx_3/tx_data_OBUF has multiple drivers: uart_tx_2/uart_tx__reg/Q, uart_tx_3/uart_tx__reg/Q, uart_tx_0/uart_tx__reg/Q, and uart_tx_1/uart_tx__reg/Q.
                有多个端口驱动一个网络，也就是程序中出现了相同变量的网络号。

uart_txx  uart_tx_0(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[0]) ,. uart_tx_(tx_data) ,. Tx_Done(led[0])  );     
    uart_txx  uart_tx_1(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[1]) ,. uart_tx_(tx_data) , . Tx_Done(led[1])  ); 
    uart_txx  uart_tx_2(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[2]) ,. uart_tx_(tx_data) , . Tx_Done(led[2])  ); 
    uart_txx  uart_tx_3(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[3]) ,. uart_tx_(tx_data) , . Tx_Done(led[3])  );   

解决方法：     wire [3:0] tx_data_;

                       并添加reg [3:0]Send_Go_flag ; 控制  tx_data此时的输出信号

module key_main( input clk , 
                 input reset_n,
                 input [3:0]key,
                 input [7:0]data,
                 output [3:0] key_state,
                 output reg tx_data,
                 output [3:0] led    );
    parameter cnt_num = 1000000;
    wire [3:0] key_flag;
    key_one   key_0(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n),. key(key[0]),
                    .  key_flag(key_flag[0]),.  key_state(key_state[0]));
                    defparam key_0.cnt_N = cnt_num;
    key_one   key_1(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n),. key(key[1]),
                    .  key_flag(key_flag[1]),.  key_state(key_state[1]));
                    defparam key_1.cnt_N = cnt_num;
    key_one   key_2(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n),. key(key[2]),
                    .  key_flag(key_flag[2]),.  key_state(key_state[2]));
                    defparam key_2.cnt_N = cnt_num;
    key_one   key_3(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n),. key(key[3]),
                    .  key_flag(key_flag[3]),.  key_state(key_state[3]));
                    defparam key_3.cnt_N = cnt_num;
    reg [3:0]Send_Go_ ; 
        always@(posedge clk or negedge reset_n )
        if(! reset_n)   Send_Go_ <=  4'b0000 ;
        else if((key_flag[0])&&(key_state[0]==0))  Send_Go_[0] <=  1'b1 ;
        else if((key_flag[1])&&(key_state[1]==0))  Send_Go_[1] <=  1'b1 ;
        else if((key_flag[2])&&(key_state[2]==0))  Send_Go_[2] <=  1'b1 ;
        else if((key_flag[3])&&(key_state[3]==0))  Send_Go_[3] <=  1'b1 ;
        else   Send_Go_ <=  4'b0000 ;                

    wire [3:0] tx_data_;
    uart_txx  uart_tx_0(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[0]) ,. uart_tx_(tx_data_[0]) , . Tx_Done(led[0])  );     
    uart_txx  uart_tx_1(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[1]) ,. uart_tx_(tx_data_[1]) , . Tx_Done(led[1])  ); 
    uart_txx  uart_tx_2(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[2]) ,. uart_tx_(tx_data_[2]) , . Tx_Done(led[2])  ); 
    uart_txx  uart_tx_3(. clk(clk) ,  . reset_n(reset_n), . data(data) , 
                . Send_Go(Send_Go_[3]) ,. uart_tx_(tx_data_[3]) , . Tx_Done(led[3])  );    
                
   reg [3:0]Send_Go_flag ; 
        always@(posedge clk or negedge reset_n )
        if(! reset_n)   Send_Go_flag <=  4'b0000 ;
        else if(Send_Go_[0]) Send_Go_flag[0] <=  1'b1 ;
        else if(led[0]) Send_Go_flag[0] <=  1'b0 ;  
        else if(Send_Go_[1])  Send_Go_flag[1] <=  1'b1 ;
        else if(led[1])  Send_Go_flag[1] <=  1'b0 ;
        else if(Send_Go_[2]) Send_Go_flag[2] <=  1'b1 ;
        else if(led[2]) Send_Go_flag[2] <=  1'b0 ;  
        else if(Send_Go_[3])  Send_Go_flag[3] <=  1'b1 ;
        else if(led[3])  Send_Go_flag[3] <=  1'b0 ;          
        
        
        always@(posedge clk or negedge reset_n )
        if(! reset_n)   tx_data <=  1'b1 ;  
        else if(Send_Go_flag[0]) tx_data <= tx_data_[0]; 
        else if(Send_Go_flag[1]) tx_data <= tx_data_[1]; 
        else if(Send_Go_flag[2]) tx_data <= tx_data_[2]; 
        else if(Send_Go_flag[3]) tx_data <= tx_data_[3]; 
        else  tx_data <=  1'b1 ;                                       
endmodule

3.   key_tb

`timescale 1ns / 1ns
module key_tb(   );
    reg clk ,  reset_n ;
    reg [3:0]key;
    reg [7:0]data;
    wire [3:0]key_state;
    wire tx_data;
    wire [3:0]led;
    parameter cut_time = 1000;
    key_main   key_4( . clk(clk) ,  . reset_n(reset_n),. key(key),.data(data),
                    .  key_state(key_state),
                    . tx_data(tx_data), .led(led) );
                defparam key_4.cnt_num = cut_time;
    initial clk = 1;
    always#10 clk = ~clk ;
    initial
        begin
          reset_n = 0 ;
          key = 4'b1111;
          #201;
          reset_n = 1 ;  
          key_press(2);
          $stop;  
        end
    
 reg [13:0] rand;
 task key_press;
    input[3:0]seed;
    begin
        key =  4'b1111 ;
        data = 8'b1111_0000;
        #100000;
// key[0]
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[0]=~key[0];
            end
        key = 4'b1110 ;
        #100000;
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[0]=~key[0];
            end
         key = 4'b1111 ;
         data = 8'b1100_1100;
        #100000;
 // key[1]
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[1]=~key[1];
            end
        key = 4'b1101 ;
        #100000;
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[1]=~key[1];
            end
         key = 4'b1111 ;
         data = 8'b0101_1010;
        #100000; 
// key[2]
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[2]=~key[2];
            end
        key = 4'b1011;
        #100000;
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[2]=~key[2];
            end
         key = 4'b1111 ;
         data = 8'b1100_1100;
        #100000;
// key[3]        
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[3]=~key[3];
            end
        key = 4'b0111 ;
        #100000;
        repeat(10)
            begin
                rand = {$random(seed)} % 10000;
                #rand;
                key[3]=~key[3];
            end
         key = 4'b1111 ;
         data = 8'b1100_1100;
        #100000;
    end
   
endtask
 
endmodule

4. constraint

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[6]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[5]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[4]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {data[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key_state[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key_state[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key_state[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {key_state[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clk]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports reset_n]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports tx_data]
set_property PACKAGE_PIN U18 [get_ports clk]
set_property PACKAGE_PIN H18 [get_ports reset_n]
set_property PACKAGE_PIN J16 [get_ports tx_data]
set_property PACKAGE_PIN E17 [get_ports {data[7]}]
set_property PACKAGE_PIN D18 [get_ports {data[6]}]
set_property PACKAGE_PIN H15 [get_ports {data[5]}]
set_property PACKAGE_PIN F16 [get_ports {data[4]}]
set_property PACKAGE_PIN K14 [get_ports {data[0]}]
set_property PACKAGE_PIN L15 [get_ports {data[1]}]
set_property PACKAGE_PIN G14 [get_ports {data[2]}]
set_property PACKAGE_PIN J14 [get_ports {data[3]}]
set_property PACKAGE_PIN J19 [get_ports {key[3]}]
set_property PACKAGE_PIN J20 [get_ports {key[2]}]
set_property PACKAGE_PIN H16 [get_ports {key[1]}]
set_property PACKAGE_PIN H20 [get_ports {key[0]}]
set_property PACKAGE_PIN G17 [get_ports {led[0]}]
set_property PACKAGE_PIN G19 [get_ports {led[1]}]
set_property PACKAGE_PIN G20 [get_ports {led[2]}]
set_property PACKAGE_PIN G18 [get_ports {led[3]}]
set_property PACKAGE_PIN K19 [get_ports {key_state[0]}]
set_property PACKAGE_PIN J18 [get_ports {key_state[1]}]
set_property PACKAGE_PIN H17 [get_ports {key_state[2]}]
set_property PACKAGE_PIN K18 [get_ports {key_state[3]}]

                //视频没办法插入，就这样子啦~

//好啦，摸鱼结束啦～(￣▽￣～)(～￣▽￣)～

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