矩阵键盘彩灯控制器 VHDL Quartus FPGA代码工程源码下载

名称：矩阵键盘彩灯控制器 VHDL Quartus FPGA代码工程源码下载

软件：Quartus

语言：VHDL

FPGA代码Verilog/VHDL代码资源下载：www.hdlcode.com

功能介绍

本设计实现一个基于矩阵键盘控制的彩灯控制器，顶层模块为 color_light_controller，使用 VHDL 编写并在 Quartus 工程中组织。系统通过 4x4 矩阵键盘输入控制信号，对红、绿、黄三组彩灯进行输出控制，每组彩灯提供 9 路 LED 输出，适合用于 FPGA 数字逻辑课程设计、彩灯控制实验和按键交互类实验。 系统输入包含系统时钟、复位信号以及矩阵键盘行列接口，输出包含红灯、绿灯、黄灯三组 LED 控制信号和七段数码管段选信号。按键用于选择或触发不同彩灯工作方式，数码管用于显示当前模式或相关状态，使彩灯控制过程具备清晰的人机交互效果。 设计内容覆盖按键扫描、彩灯控制、数码管显示和顶层集成几个典型 FPGA 设计环节。工程结构清晰，模块划分明确，便于学习者理解矩阵键盘扫描方法、LED 多路输出控制方式以及顶层模块例化连接方法。

运行环境

开发语言：VHDL 开发软件：Quartus 主要工程：color_light_controller.qpf、color_light_controller.qsf 顶层模块：color_light_controller 主要源文件：color_light_controller.vhd、light_mode_controller.vhd、key_4x4.vhd、seg_display.vhd

设计思路

整体设计采用模块化结构，将键盘输入、彩灯模式控制、数码管显示和顶层连接分开实现。顶层模块 color_light_controller 负责统一连接系统时钟、复位、矩阵键盘接口、三色 LED 输出以及七段数码管输出，各功能模块通过清晰的信号接口协同工作。 按键扫描模块 key_4x4 面向 4x4 矩阵键盘接口设计，通过列扫描和行输入读取按键状态，为彩灯模式切换或控制提供输入依据。矩阵键盘相比独立按键能够在较少 IO 资源下实现更多控制选项，适合多模式彩灯系统。 彩灯控制部分由 light_mode_controller 等模块承担，根据按键输入和系统时序产生红、绿、黄三组 9 路 LED 输出。该部分体现了时序逻辑控制思想，可用于实现多组 LED 的模式变化、组合显示或状态切换。 数码管显示模块 seg_display 用于输出七段数码管段选信号，使系统能够显示当前控制状态或模式编号。通过彩灯输出与数码管显示配合，设计不仅完成 LED 控制功能，也便于观察按键输入后的系统响应。

模块结构

模块结构如下： color_light_controller：顶层模块，连接时钟、复位、矩阵键盘、三色彩灯输出和七段数码管显示接口。 key_4x4：4x4 矩阵键盘扫描模块，完成键盘列扫描和行输入识别。 light_mode_controller：彩灯模式控制模块，生成红、绿、黄三组 LED 控制信号。 seg_display：七段数码管显示模块，输出 seg_data 段选信号。

演示视频

配套演示视频展示了彩灯控制器的运行效果，可用于直观查看按键控制、彩灯输出和数码管显示之间的联动表现。

仿真图/仿真说明/设计文档图片

设计文档包含工程文件、程序文件、程序编译、RTL 图和仿真图等内容，并对按键扫描模块、彩灯控制模块、数码管显示模块进行了配套说明，便于结合 Quartus 工程查看模块结构和仿真结果。

部分代码

以下展示顶层模块 color_light_controller 的部分代码，完整源码请下载压缩包查看。

entity color_light_controller is
    port (
        -- 时钟和复位信号
        clk        : in  STD_LOGIC;    -- 系统时钟，500KHz
        reset      : in  STD_LOGIC;    -- 系统复位，高电平有效
        
        -- 矩阵键盘接口 (假设使用4x4矩阵键盘)
        key_row    : in  STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);  -- 键盘行输入
        key_col    : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);  -- 键盘列输出(扫描)
        
        -- 彩灯输出接口 (红、绿、黄各9个)
        red_leds   : out STD_LOGIC_VECTOR(8 downto 0);   -- 红灯 9 路输出
        green_leds : out STD_LOGIC_VECTOR(8 downto 0);   -- 绿灯 9 路输出
        yellow_leds: out STD_LOGIC_VECTOR(8 downto 0);   -- 黄灯 9 路输出
        
        -- 7段数码管显示接口
        seg_data   : out STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0)    -- 7 段数码管段选
    );
end color_light_controller;