library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.std_logic_arith.all;
use IEEE.std_logic_unsigned.all;

entity JOHNSON is
 port(
  Clk: in STD_LOGIC;  --50MHz输入时钟
  Rst_n: in STD_LOGIC; --低电平复位信号
  Key_in: in STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --三个独立按键，低表示按下
   --Key_in(2): 控制流水灯工作/停止
   --Key_in(1): 控制流水灯右移
   --Key_in(0): 控制流水灯左移
  Led_out: buffer STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0) --发光二极管，分别由按键控制
 );
end entity JOHNSON;

--20ms按键消抖处理
--消抖后按键下降沿检测
--按键控制LED控制位状态
--LED显示控制
architecture KEY_CONTROL_OF_LED of JOHNSON is
 signal key_inr0: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --第一拍按键锁存寄存器
 signal key_inr1: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --第二拍按键锁存寄存器
 signal key_posedge: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --按键上升沿标志位，高电平有效一个时钟周期
 signal key_negedge: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --按键下降沿标志位，高电平有效一个时钟周期
 signal cnt20ms: STD_LOGIC_VECTOR (19 downto 0); --20ms计数寄存器
 signal key_value: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --消抖后的键值锁存寄存器
 signal key_valuer0: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --消抖后第一拍按键锁存寄存器
 signal key_valuer1: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --消抖后第二拍按键锁存寄存器  
 signal key_valueneg: STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); --消抖后按键下降沿标志位，高电平有效一个时钟周期
 signal led_display: STD_LOGIC;  --LED流水灯工作，1--开启，0--停止
 signal led_direction: STD_LOGIC; --LED流水灯方向，1--右移，0--左移
 signal cnt320ms: STD_LOGIC_VECTOR (23 downto 0); --320ms计数寄存器
begin
 --第一拍按键锁存
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    key_inr0 <= "111";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    key_inr0 <= Key_in; --锁存上一拍键值
   end if;
 end process;
 --第二拍按键锁存
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    key_inr1 <= "111";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    key_inr1 <= key_inr0; --锁存上一拍键值
   end if;
 end process;
 --按键边沿检测
 key_posedge <= (NOT key_inr1) AND key_inr0; --按键上升沿标志位，高电平有效一个时钟周期
 key_negedge <= key_inr1 AND (NOT key_inr0); --按键下降沿标志位，高电平有效一个时钟周期
 --20ms计数
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    cnt20ms <= x"00000";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    if ((key_posedge /= "000") OR (key_negedge /= "000")) then --键值边沿标志位复位计数器，此处理目的为消除抖动
     cnt20ms <= x"00000";
    elsif (cnt20ms < 10#1000000#) then --20ms计数
     cnt20ms <= cnt20ms+1; 
    else
     cnt20ms <= x"00000";
    end if;
   end if;
 end process;
 --消抖后键值锁存
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    key_value <= "111";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    if (cnt20ms = 10#1000000#) then --计数值到20ms 
     key_value <= key_inr1; --锁存键值
    end if;
   end if;
 end process; 
 --消抖后第一拍按键锁存
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    key_valuer0 <= "111";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    key_valuer0 <= key_value; --锁存上一拍键值
   end if;
 end process;
 --消抖后第二拍按键锁存
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    key_valuer1 <= "111";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    key_valuer1 <= key_valuer0; --锁存上一拍键值
   end if;
 end process;
 --消抖后按键下降沿检测
 key_valueneg <= key_valuer1 AND (NOT key_valuer0); --消抖后按键下降沿标志位，高电平有效一个时钟周期
 --按键控制LED控制位状态(流水灯工作/停止)
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    led_display <= '0';
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    if (key_valueneg(2) = '1') then --控制流水灯工作/停止
     led_display <= NOT led_display; --锁存键值
    end if;
   end if;
 end process; 
 --按键控制LED控制位状态(流水灯左移/右移)
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    led_direction <= '0';
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    if (key_valueneg(1) = '1') then --控制流水灯工作/停止
     led_direction <= '1'; --锁存键值
    elsif (key_valueneg(0) = '1') then --控制流水灯工作/停止
     led_direction <= '0'; --锁存键值
    end if;
   end if;
 end process; 
 --320ms计数
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    cnt320ms <= x"000000";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    if (cnt320ms < 10#16000000#) then --320ms计数
     cnt320ms <= cnt320ms+1; 
    else
     cnt320ms <= x"000000";
    end if;
   end if;
 end process;
 --LED显示控制
 process(Clk,Rst_n) 
  begin
   if (Rst_n = '0') then --异步复位
    Led_out <= "0001";
   elsif (Clk'event AND Clk = '1') then --时钟上升沿
    if (cnt320ms = 10#16000000# AND led_display = '1') then --每320ms做一次LED移位判断
     if (led_direction = '1') then --右移
      Led_out <= Led_out(0) & Led_out(3) & Led_out(2) & Led_out(1);
      --Led_out <= Led_out SLA 1;
     else --左移
      Led_out <= Led_out(2) & Led_out(1) & Led_out(0) & Led_out(3);
      --Led_out <= Led_out SRA 1;
     end if;
    end if;
   end if;
 end process; 
end architecture KEY_CONTROL_OF_LED;