勇敢的芯伴你玩转Altera FPGA连载59：按键消抖与LED开关实例

         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。