几乎没有哪一个体系没有输入输出设备，大到显示器，小到led灯，轻触按键。作为一个体系，要想安稳的作业，输入输出设备的功能占了很重要的人物。本试验，小梅哥就经过一个独立按键的检测验验，来正式步入根本外设驱动开发的大门。
一、 试验意图
完结4个独立按键的颤动检测验验，并经过4个独立按键操控4个led灯亮灭状况的翻转。
二、 试验原理
实践体系中常用的按键大部分都是轻触式按键，如图2-1所示。该按键内部由一个弹簧片和两个固定触点组成，当弹簧片被按下，则两个固定触点接通，按键闭合。弹簧片松开，两个触点断开，按键也就断开了。依据这种按键的机械特性，在按键按下时，会先有一段时刻的不安稳期，在这期间，两个触点时而接通，时而断开，咱们称之为颤动，当按键大约按下20ms后，两个触点才干处于安稳的闭合状况，按键松开时和闭合时状况相似。而咱们的FPGA作业在很高的频率，按键接通或断开时任何一点小的颤动都能容易的捕捉到，假如不加区分的将每一次闭合或断开都作为一次按键事情，那么必然一次按键动作会被FPGA识别为很屡次按键操作，然后导致体系作业安稳性下降。
图2-1 轻触按键实物图
一次按键动作的大致波形如下图所示：
因而，咱们所需要做的作业，便是滤除按键按下和开释时各存在的20ms的不安稳波形
三、 硬件规划
独立按键归于一种输入设备，其与FPGA衔接的IO口被接上了10K的上拉电阻，在按键没有按下时，FPGA会检测到高电平;当按键按下后，FPGA的IO口上则将出现低电平。因而，按键检测的本质便是读取FPGA的IO上的电平。
图3-1 独立按键典型电路
四、 架构规划
本试验由一共四个模块组成，分别为LED驱动模块、独立按键检测模块、操控模块和顶层模块，其架构如下：
以下为按键颤动检测的代码，选用状况机的方法编写，一共有两个状况，按下消抖为状况0，开释消抖为状况1。具体的消抖流程代码中的注释现已写的比较清楚，但假如悉数用文字解说出来仍是有必定的复杂性。这也是实地解说和网上文档的一点点距离吧，期望我后期的视频里边能讲清楚。其实颤动消除的中心思路便是对按键状况的改动进行计时，若两次电平改动之间时刻小于20ms，则视为颤动，若低电平安稳时刻超越20ms，则标明检测到了安稳的按键状况。开释时的消抖进程与按下时的消抖进程相似。
以下是代码片段：
module normal_keys_detect #(parameter KEY_WIDTH = 4)
(Clk,Rst_n,Key_in,Key_Flag,Key_Value);
input Clk;
input Rst_n;
input [KEY_WIDTH-1:0]Key_in;
output reg Key_Flag;
output reg[KEY_WIDTH-1:0]Key_Value;
reg [KEY_WIDTH-1:0]key_tmp,key_tmp1;
reg [19:0]cnt1;
reg state;
wire level_change; /*按键状况改动标志信号*/
localparam cnt1_TOP = 1_000_000;
/*——-存储按键状况的上一个状况—————*/
always @ (posedge Clk or negedge Rst_n)
begin
if(!Rst_n)
begin
key_tmp <= ‘d0;
key_tmp1 <= ‘d0;
end
else
begin
key_tmp <= Key_in;
key_tmp1 <= key_tmp;
end
end
/*—经过比较按键上一个状况和此时刻状况来获悉按键状况是否改动—*/
assign level_change = (key_tmp == key_tmp1)?1’b0:1’b1;
always @ (posedge Clk or negedge Rst_n)
if(!Rst_n)
begin
cnt1 <= 20’d0;
state <= 1’b0;
Key_Value <= 4’b0000;
Key_Flag <= 1’b0;
end
else
begin
case(state)
0: /*按下检测*/
//没有电平改动，且按键输入状况不全为1
if(!level_change & key_tmp1 != {KEY_WIDTH{1’b1}})
begin
if(cnt1 == cnt1_TOP)/*计数满消抖所需时刻*/
begin
Key_Value <= ~Key_in;
Key_Flag <= 1;
cnt1 <= 0;
state <= 1;
end
else
cnt1 <= cnt1 + 1’b1;
end
else
begin
cnt1 <= 0;
Key_Flag <= 0;
state <= 0;
end
1:/*开释检测*/
begin
Key_Flag <= 0;
/*没有电平改动，且按键输入状况全为1*/
if(!level_change & key_tmp1 == {KEY_WIDTH{1’b1}})
begin
if(cnt1 == cnt1_TOP)/*计数满消抖所需时刻*/
begin
cnt1 <= 0;
state <= 0;
end
else
cnt1 <= cnt1 + 1’b1;
end
else
begin
cnt1 <= 0;
state <= 1;
end
end
endcase
end
endmodule
七、 测验渠道规划
本试验主要对按键检测的成果进行调查和剖析，经过仿真，验证规划的正确性和合理性。按键消抖模块的testbench的代码如下：
以下是代码片段：
`timescale 1ns/1ns
module normal_keys_detect_tb;
reg Clk;
reg Rst_n;
reg [3:0]Key_in;
wire Key_Flag;
wire [3:0]Key_Value;
normal_keys_detect
#(
.KEY_WIDTH(4)
)
normal_keys_detect_inst1(
.Clk(Clk),
.Rst_n(Rst_n),
.Key_in(Key_in),
.Key_Flag(Key_Flag),
.Key_Value(Key_Value)
);
initial begin
Clk = 1;
Rst_n = 0;
Key_in = 4’b1111;
#100;
Rst_n = 1;
press_key(0);
#30000000;
press_key(1);
#30000000;
press_key(2);
#30000000;
press_key(3);
#30000000;
$stop;
end
always #10 Clk = ~Clk;
task press_key;
input [1:0]Key;
begin
Key_in = 4’b1111;
/*按下颤动*/
#100 Key_in[Key] = 0;
#200 Key_in[Key] = 1;
#300 Key_in[Key] = 0;
#400 Key_in[Key] = 1;
#500 Key_in[Key] = 0;
#600 Key_in[Key] = 1;
#700 Key_in[Key] = 0;
#800 Key_in[Key] = 1;
#900 Key_in[Key] = 0;
/*安稳期*/
#22000000;
/*开释颤动*/
#100 Key_in[Key] = 1;
#200 Key_in[Key] = 0;
#300 Key_in[Key] = 1;
#400 Key_in[Key] = 0;
#500 Key_in[Key] = 1;
#600 Key_in[Key] = 0;
#700 Key_in[Key] = 1;
#800 Key_in[Key] = 0;
#900 Key_in[Key] = 1;
end
endtask
endmodule
testben中使用了一个使命(task)，该使命模仿按键颤动的进程，给按键按下和开释时添加颤动，调用时只需要输入需要按下的按键编号，该使命便可主动完结按下颤动、安稳、松开颤动的进程。
整个工程的testbench与消抖模块的testbench相同，只需要在例化部分将消抖模块替换为顶层模块即可，一起将每个按键的使命由一次调用该为两次调用即可，具体代码如下：
以下是代码片段：
`timescale 1ns/1ns
module top_tb;
reg Clk;
reg Rst_n;
reg [3:0]Key_in;
wire [3:0]Led;
top top_inst(
.Clk(Clk),
.Rst_n(Rst_n),
.Key_in(Key_in),
.Led(Led)
);
initial begin
Clk = 1;
Rst_n = 0;
Key_in = 4’b1111;
#100;
Rst_n = 1;
press_key(0);
#30000000;
press_key(0);
#30000000;
press_key(1);
#30000000;
press_key(1);
#30000000;
press_key(2);
#30000000;
press_key(2);
#30000000;
press_key(3);
#30000000;
press_key(3);
#30000000;
$stop;
end
always #10 Clk = ~Clk;
task press_key;
input [1:0]Key;
begin
Key_in = 4’b1111;
/*按下颤动*/
#100 Key_in[Key] = 0;
#200 Key_in[Key] = 1;
#300 Key_in[Key] = 0;
#400 Key_in[Key] = 1;
#500 Key_in[Key] = 0;
#600 Key_in[Key] = 1;
#700 Key_in[Key] = 0;
#800 Key_in[Key] = 1;
#900 Key_in[Key] = 0;
/*安稳期*/
#22000000;
/*开释颤动*/
#100 Key_in[Key] = 1;
#200 Key_in[Key] = 0;
#300 Key_in[Key] = 1;
#400 Key_in[Key] = 0;
#500 Key_in[Key] = 1;
#600 Key_in[Key] = 0;
#700 Key_in[Key] = 1;
#800 Key_in[Key] = 0;
#900 Key_in[Key] = 1;
end
endtask
endmodule
