勇敢的芯伴你玩转Altera FPGA连载59：按键消抖与LED开关实例
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除了前面所论及的按键消抖处理，该实验还需要用到LED指示灯进行按键状态的指示。该实验要实现一个独立按键控制一个发光二极管亮暗状态翻转。上电初始，发光二极管不亮，当某一个按键被按下后（即键值为0），发光二极管被点亮，当按键再次被按下时，发光二极管则又灭了，按键控制发光二级管如此反复的进行亮暗变化。
本实例代码如下。
module cy4(
input ext_clk_25m, //外部输入25MHz时钟信号
input ext_rst_n, //外部输入复位信号，低电平有效
input[3:0] key_v,//4个独立按键输入，未按下为高电平，按下后为低电平
output reg[7:0] led //8个LED指示灯接口
);
//-------------------------------------
//按键抖动判断逻辑
wire key; //所有按键值相与的结果，用于按键触发判断
reg[3:0] keyr; //按键值key的缓存寄存器
assign key = key_v[0] & key_v[1] & key_v[2] & key_v[3];
always @(posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
if (!ext_rst_n) keyr <= 4'b1111;
else keyr <= {keyr[2:0],key};
wire key_neg = ~keyr[2] & keyr[3]; //有按键被按下
wire key_pos = keyr[2] & ~keyr[3]; //有按键被释放
//-------------------------------------
//定时计数逻辑，用于对按键的消抖判断
reg[19:0] cnt;
//按键消抖定时计数器
always @ (posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
if (!ext_rst_n) cnt <= 20'd0;
else if(key_pos || key_neg) cnt <= 20'd0;
else if(cnt < 20'd999_999) cnt <= cnt + 1'b1;
else cnt <= 20'd0;
reg[3:0] key_value[1:0];
//定时采集按键值
always @(posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
if (!ext_rst_n) begin
key_value[0] <= 4'b1111;
key_value[1] <= 4'b1111;
end
else begin
key_value[1] <= key_value[0];
if(cnt == 20'd999_999) key_value[0] <= key_v; //定时键值采集
else ;
end
wire[3:0] key_press = key_value[1] & ~key_value[0]; //消抖后按键值变化标志位
//-------------------------------------
//LED切换控制
always @ (posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
if (!ext_rst_n) led <= 8'hff;
else if(key_press[0]) led[0] <= ~led[0];
else if(key_press[1]) led[1] <= ~led[1];
else if(key_press[2]) led[2] <= ~led[2];
else if(key_press[3]) led[3] <= ~led[3];
else ;
endmodule
这段代码的前提是，所有4个独立按键，在任意一个按键被按下和释放期间，不会有其它按键也被按下或释放。在通常的应用中，一定也是符合这个假设的场景。
我们处理消抖的逻辑是这样的：首先将所有按键输入信号做“逻辑与”操作，得到信号key。信号key的值锁存4拍分别存储到寄存器keyr[0]、keyr[1]、keyr[2]和keyr[3]中（此时的采样频率和基准时钟一致，为25MHz），通过keyr[2]和keyr[3]这两个寄存器获得key信号的上升沿标志位key_pos和下降沿标志位key_neg。key_pos和key_neg的获得过程分别如图8.13和图8.14所示，这是很典型的“脉冲边沿检测法”，后续很多代码中我们都会用到这个逻辑。
图8.13 上升沿脉冲检测波形
图8.14 下降沿脉冲检测波形
计数器cnt在key_pos和key_neg有效拉高时，都会清零重新开始计数，计数器cnt的最大计数值为40ms，若在某个固定时间内按键有抖动（这个抖动通常不会大于40ms，这是经验值），那么这段时间内计数器cnt会频繁的清0，cnt的计数值就不会计数到最大值。一旦cnt计数到最大值，我们就会对当前所有的按键值做一次锁存，锁存到4位寄存器key_value[0]中（即这个锁存操作的采样率是40ms为周期的，若按键的抖动小于40ms，那么采样的按键值是不会变化的，那么就达到了消除抖动的目的）。随后，以系统时钟节拍下，key_value[1]会锁存key_value[0]的值。当按键按下操作，产生按键值的下降沿变化，那么key_press就会获得一个时钟周期高脉冲的键值指示信号，通过这个键值指示信号，我们就可以对LED的翻转做相应处理。
