【黑金原创教程】【FPGA那些事儿驱动篇I 】实验五：按键模块④ — 点击，长点击，双击

实验五：按键模块④ — 点击，长点击，双击

实验二至实验四，我们一共完成如下有效按键：

l 点击（按下有效）

l 点击（释放有效）

l 长击（长按下有效）

l 双击（连续按下有效）

然而，不管哪个实验都是只有两项“功能”的按键模块而已，如今我们要创建三项“功能”的按键模块，亦即点击（按下有效），长击，还有双击。实验继续之前，让我们先来复习一下各种有效按键。

图5.1 点击（按下有效）。

如图5.1所示，所谓点击（按下有效）就是按键按下以后，isSClick信号（Single Click）

产生一个高脉冲。

图5.2 长点击。

如图5.2所示，所谓长点击就是按键按下以后，长达3秒不放，isLClick信号（Long Click）

就会产生一个高脉冲。

图5.3 双点击。

如图5.3所示，所谓双点击就是距离第一次“点击（按下有效）”，如果在有效的连击时限内容完成第二次“点击（按下有效）”，那么isDClick信号（Double Click）就会产生一个高脉冲。

话语上，实验五虽然要整合3项按键功能，然而实验五相较实验二至实验四却有一定程度的难度。那是因为仅有两项功能的按键模块，仅需判断一次性的有效按键而已，反之三项功能的按键模块却要分开二次判断，而且判断也要有序。根据实验五，核心操作会优先判断按键是否“长点击”，然后再来判断“点击”还是“双点击”。期间绝对不能搞错判断的次序。

具体内容，我们还是直接来看代码吧：

图5.4 实验五的建模图。

如图5.4所示，那是实验五的按键功能模块，输入端一边是连接至按键资源的KEY信号，输出端另一边则是连接至3位LED资源的LED信号。

key_funcmod.v

1.    module key_funcmod
2.    (
3.         input CLOCK, RESET,
4.         input KEY,
5.         output [2:0]LED
6.    );

以上为相关的出入端声明。

7.         parameter T10MS         = 28'd500_000;
8.         parameter T100MS     = 28'd5_000_000;
9.         parameter T200MS     = 28'd10_000_000;
10.         parameter T300MS     = 28'd15_000_000;
11.         parameter T400MS     = 28'd20_000_000;
12.         parameter T500MS     = 28'd25_000_000;
13.         parameter T3S        = 28'd150_000_000;
14.
15.         /**********************************/ //sub
16.
17.         reg F2,F1;
18.
19.         always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
20.             if( !RESET )
21.                  { F2, F1 } <= 2'b11;
22.              else
23.                  { F2, F1 } <= { F1, KEY };
24.
25.         /**********************************/ //core
26.
27.         wire isH2L = ( F2 == 1 && F1 == 0 );
28.         wire isL2H = ( F2 == 0 && F1 == 1 );

以上内容是时间常量声明以及周边操作。第17~23行是检测电平状态的周边操作，第27~28行则是按下事件还有释放事件的声明。

29.         reg [3:0]i;
30.         reg isLClick, isDClick,isSClick;
31.         reg [1:0]isTag;
32.         reg [27:0]C1;
33.
34.         always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
35.             if( !RESET )
36.                   begin
37.                         i <= 4'd0;
38.                         isLClick <= 1'b0;
39.                         isDClick <= 1'b0;
40.                         isSClick <= 1'b0;
41.                         isTag <= 2'd0;
42.                         C1 <= 28'd0;
43.                     end
44.              else

以上内容为相关的寄存器声明以及复位操作。i指向步骤，寄存器isLClick，寄存器isDClick，还有寄存器isSClick则是相关的“有效按键”标志。isTag表示“有效按键”的标签，1为“点击”，2为“双点击”，3为“长点击”。C1用来计数。第35~43行则是相关的复位操作。

45.           case(i)
46.
47.                0: // Wait H2L
48.                if( isH2L ) begin i <= i + 1'b1; end
49.
50.                1: // H2L debounce
51.                if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
52.                else C1 <= C1 + 1'b1;
53.
54.                2: // Key Tag Check 1
55.                if( isL2H ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
56.                else if( {F2,F1} == 2'b00 && C1 >= T3S -1 ) begin isTag <= 2'd3; C1 <= 28'd0; i <= 4'd5; end
57.                else C1 <= C1 + 1'b1;
58.
59.                3: // L2H debounce
60.                if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
61.                else C1 <= C1 + 1'b1;
62.
63.                4: // Key Tag Check 2
64.                if( isH2L && C1 <= T100MS -1 ) begin isTag <= 2'd2; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
65.                else if( C1 >= T100MS -1) begin isTag <= 2'd1; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
66.                else C1 <= C1 + 1'b1;
67.
68.                5: // Key trigger press up
69.                if( isTag == 2'd3 ) begin isLClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
70.                else if( isTag == 2'd2 ) begin isDClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
71.                else if( isTag == 2'd1 ) begin isSClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
72.
73.                6: // Key trigger pree down
74.                begin { isLClick, isSClick, isDClick } <= 3'b000; i <= i + 1'b1; end
75.
76.                7: // L2H deounce check
77.                if( isTag == 2'd1 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 2'd2; end
78.                else if( isTag == 2'd2 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 1'b1; end
79.                else if( isTag == 2'd3 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 1'b1; end
80.
81.                8: // Wait L2H
82.                if( isL2H ) begin i <= i + 1'b1; end
83.
84.                9: // L2H debounce
85.                if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= 4'd0; end
86.                 else C1 <= C1 + 1'b1;
87.
88.          endcase

第45~88行是核心操作，具体的操作过程如下：

步骤0，等待第一次按下事件；

步骤1，过滤抖动；

步骤2，检测是不是长点击，如果是isTag为3然后出发步骤5，否则等待释放事件；

步骤3，过滤抖动；

步骤4，检测是不是双击，如果是isTag为2，否则S为1；

步骤5~6，根据isTag内容产生高脉冲；

步骤7，根据isTag内容检测是否需要过滤抖动，isTag为1直接返回步骤0，其它需要；

步骤8，等待释放事件；

步骤9，过滤抖动然后返回步骤0.

89.
90.        /*************************/ // sub-demo
91.
92.        reg [2:0]D1;
93.
94.        always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
95.            if( !RESET )
96.                 D1 <= 2'd0;
97.             else if( isLClick )
98.                 D12] <= ~D1[2];
99.             else if( isDClick )
100.                 D1[1] <= ~D1[1];
101.             else if( isSClick )
102.                 D1[0] <= ~D1[0];
103.
104.        /***************************/
105.
106.        assign LED = D1;
107.
108.    endmodule

以上内容为演示用的周边操作以及输出驱动。它会根据各种“有效按键”翻转D1的内容。第106行则是输出驱动的声明。编译完后下载程序。

如果笔者点击一下 <KEY1> 建，那么LED[0] 会点亮，如果笔者双击 <KEY1> 建，结果 LED[1] 会点亮，再如果笔者长按 <KEY1> 建 3秒不放，那么 LED[2] 则会点亮。总结说，一个按键资源可以执行3种功能，控制3位LED资源。

细节一：完整的个体模块

图5.5 完整的按键功能模块。

如图5.5所示，那是完整的按键功能模块，它有一位输入端KEY连接至按键资源，然后则有3位触发信号，Trig[2]产生“单击”的个高脉冲，Trig[1] 产生“双击”的个高脉冲，Trig[0]产生“长击”的个高脉冲

key_funcmod.v

1.    module key_funcmod
2.    (
3.         input CLOCK, RESET,
4.         input KEY,
5.         output [2:0]oTrig
6.    );
7.         parameter T10MS         = 28'd500_000;
8.         parameter T100MS     = 28'd5_000_000;
9.         parameter T200MS     = 28'd10_000_000;
10.         parameter T300MS     = 28'd15_000_000;
11.         parameter T400MS     = 28'd20_000_000;
12.         parameter T500MS     = 28'd25_000_000;
13.         parameter T3S        = 28'd150_000_000;
14.
15.         /**********************************/ //sub
16.
17.         reg F2,F1;
18.
19.         always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
20.             if( !RESET )
21.                  { F2, F1 } <= 2'b11;
22.              else
23.                  { F2, F1 } <= { F1, KEY };
24.
25.         /**********************************/ //core
26.
27.         wire isH2L = ( F2 == 1 && F1 == 0 );
28.         wire isL2H = ( F2 == 0 && F1 == 1 );
29.         reg [3:0]i;
30.         reg isLClick, isDClick,isSClick;
31.         reg [1:0]isTag;
32.         reg [27:0]C1;
33.
34.         always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
35.             if( !RESET )
36.                   begin
37.                        i <= 4'd0;
38.                         isLClick <= 1'b0;
39.                         isDClick <= 1'b0;
40.                         isSClick <= 1'b0;
41.                         isTag <= 2'd0;
42.                         C1 <= 28'd0;
43.                     end
44.              else
45.                  case(i)
46.
47.                         0: // Wait H2L
48.                         if( isH2L ) begin i <= i + 1'b1; end
49.
50.                         1: // H2L debounce
51.                         if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
52.                         else C1 <= C1 + 1'b1;
53.
54.                         2: // Key Tag Check 1
55.                         if( isL2H ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
56.                         else if( {F2,F1} == 2'b00 && C1 >= T3S -1 ) begin isTag <= 2'd3; C1 <= 28'd0; i <= 4'd5; end
57.                         else C1 <= C1 + 1'b1;
58.
59.                         3: // L2H debounce
60.                         if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
61.                         else C1 <= C1 + 1'b1;
62.
63.                         4: // Key Tag Check 2
64.                         if( isH2L && C1 <= T100MS -1 ) begin isTag <= 2'd2; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
65.                         else if( C1 >= T100MS -1) begin isTag <= 2'd1; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
66.                         else C1 <= C1 + 1'b1;
67.
68.                         5: // Key trigger press up
69.                         if( isTag == 2'd3 ) begin isLClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
70.                         else if( isTag == 2'd2 ) begin isDClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
71.                         else if( isTag == 2'd1 ) begin isSClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
72.
73.                         6: // Key trigger pree down
74.                         begin { isLClick, isSClick, isDClick } <= 3'b000; i <= i + 1'b1; end
75.
76.                         7: // L2H deounce check
77.                         if( isTag == 2'd1 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 2'd2; end
78.                         else if( isTag == 2'd2 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 1'b1; end
79.                         else if( isTag == 2'd3 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 1'b1; end
80.
81.                         8: // Wait L2H
82.                         if( isL2H ) begin i <= i + 1'b1; end
83.
84.                         9: // L2H debounce
85.                         if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= 4'd0; end
86.                         else C1 <= C1 + 1'b1;
87.
88.                    endcase
89.
90.        /***************************/
91.
92.        assign oTrig = { isSClick,isDClick,isLClick };
93.
94.    endmodule