【黑金原創教程】【FPGA那些事兒-驅動篇I 】實驗三：按鍵模組② — 點選與長點選
實驗三：按鍵模組② — 點選與長點選
實驗二我們學過按鍵功能模組的基礎內容，其中我們知道按鍵功能模組有如下操作：
l 電平變化檢測；
l 過濾抖動；
l 產生有效按鍵。
實驗三我們也會z執行同樣的事情，不過卻是產生不一樣的有效按鍵：
l 按下有效（點選）；
l 長按下有效（長點選）。
圖3.1 按下有效，時序示意圖。
圖3.2 長按下有效，時序示意圖。
如圖3.1所示，按下有效既是“點選”，當按鍵被按下並且消抖完畢以後，isSClick訊號就有被拉高一個時鐘（Short Click）。換之，長按下有效也是俗稱為的“長點選”，如圖3.2所示，當按鍵被按下並且消抖完畢以後，如果按鍵3秒之內都沒有被釋放，那麼isLClick訊號就會拉高一個時鐘（Long Click）。
圖3.3 實驗三的建模圖。
如圖3.3所示，那是實驗三的建模圖，同樣按鍵功能模組有一位KEY輸入，並且連線至按鍵資源，然後它有兩位LED輸出，並且連線至2位LED資源。至於多按鍵功能模組的具體內容，讓我們來看程式碼吧：
key_funcmod.v
1. module key_funcmod
2. (
3. input CLOCK, RESET,
4. input KEY,
5. output [1:0]LED
6. );
以上內容為相關的出入端宣告。
7. parameter T10MS = 26'd500_000; // Deboucing time
8. parameter T3S = 28'd150_000_000; // Long press time
9.
10. /*****************************************/ //sub
11.
12. reg F2,F1;
13.
14. always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
15. if( !RESET )
16. { F2, F1 } <= 2'b11;
17. else
18. { F2, F1 } <= { F1, KEY };
19.
20. /*****************************************/ //core
21.
22. wire isH2L = ( F2 == 1 && F1 == 0 );
23. wire isL2H = ( F2 == 0 && F1 == 1 );
以上內容為相關的常量宣告，周邊操作以及即時宣告。第12~18行是電平狀態檢測的周邊操作。第22~23行是按下事件與釋放事件的即時宣告。
24. reg [3:0]i;
25. reg isLClick,isSClick;
26. reg [1:0]isTag;
27. reg [27:0]C1;
28.
29. always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
30. if( !RESET )
31. begin
32. i <= 4'd0;
33. isLClick <= 1'd0;
34. isSClick <= 1'b0;
35. isTag <= 2'd0;
36. C1 <= 28'd0;
37. end
38. else
以上內容為相關的暫存器宣告以及復位操作。i用作指向步驟，isLClick與isSClick同是標示暫存器，分別是長按下有效與按下有效。isTag用來判定那種有效按鍵，C1用來計數。
39. case(i)
40.
41. 0: // Wait H2L
42. if( isH2L ) i <= i + 1'b1;
43.
44. 1: // H2L debouce
45. if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
46. else C1 <= C1 + 1'b1;
47.
48. 2: // Key S Check
49. if( isL2H ) begin isTag <= 2'd1; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
50. else if( {F2,F1} == 2'b00 && C1 >= T3S -1 ) begin isTag <= 2'd2; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'd1; end
51. else C1 <= C1 + 1'b1;
52.
53. 3: // S Trigger (pree up)
54. if( isTag == 2'd1 ) begin isSClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
55. else if( isTag == 2'd2 ) begin isLClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
56.
57. 4: // S Trigger (pree down)
58. begin { isLClick,isSClick } <= 2'b00; i <= i + 1'b1; end
59.
60. 5: // L2H deboce check
61. if( isTag == 2'd1 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 2'd2; end
62. else if( isTag == 2'd2 ) begin isTag <= 2'd0; i <= i + 1'b1; end
63.
64. 6: // Wait L2H
65. if( isL2H )i <= i + 1'b1;
66.
67. 7: // L2H debonce
68. if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= 4'd0; end
69. else C1 <= C1 + 1'b1;
70.
71. endcase
以上內容為核心操作，至於核心的操作過程如下：
步驟0，等待按下事件；
步驟1，過濾又高變低所產生的抖動；
步驟2，檢測那種有效按鍵，如果3秒以內發生釋放事件就為isTag賦值1；反之，如果持續3秒低電平則為isTag賦值2；
步驟3~4，根據 Mode 的內容產生不同有效按鍵的高脈衝，isTag為1是“點選”isSClick，isTag為2則是“長點選”isLClick。
步驟5，用來檢測釋放事件，如果之前發生“點選”就直接跳向步驟7。反之，如果之前發生“長點選”就進入步驟6。
步驟6，等待釋放事件（長點選有效）。
步驟7, 過濾又低變高所產生的抖動，然後返回步驟0。
72.
73. /*************************/ // sub demo
74.
75. reg [1:0]D1;
76.
77. always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
78. if( !RESET )
79. D1 <= 2'b00;
80. else if( isLClick )
81. D1[1] <= ~D1[1];
82. else if( isSClick )
83. D1[0] <= ~D1[0];
84.
85. /***************************/
86.
87. assign LED = D1;
88.
89. endmodule
以上內容為演示用的周邊操作，它根據那種有效按鍵就翻轉那位D1暫存器。第87行則是輸出驅動宣告。編譯完成便下載程式。
我們會發現，第一次按下 <KEY2> 3秒不放會點亮 LED[1]，換之按下 <KEY2> 不到3秒便釋放則會點亮 LED[0]。第二次按下 <KEY2> 3秒不放會消滅 LED[0]，按下 <KEY2> 不到3秒便釋放會消滅 LED[0]。如此一來，實驗三已經成
細節一： 精密控時
2:
if( isL2H ) begin S <= 2'd1; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
else if( {F2,F1} == 2'b00 && C1 >= T3S -1 ) begin S <= 2'd2; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'd1; end
else C1 <= C1 + 1'b1;
3:
if( S == 2'd1 ) begin isSClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
else if( S == 2'd2 ) begin isLClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
4:
begin { isLClick,isSClick } <= 2'b00; i <= i + 1'b1; end
5:
if( S == 2'd1 ) begin S <= 2'd0; i <= i + 2'd2; end
else if( S== 2'd2 ) begin S <= 2'd0; i <= i + 1'b1; end
6:
if( isL2H )i <= i + 1'b1;
7:
if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= 4'd0; end
else C1 <= C1 + 1'b1;
程式碼3.1
程式碼3.1是 key_funcmod 的部分程式碼，分別是步驟2~7。如果筆者是精密控時狂人，事實上程式碼3.1還可以進一步細化，然而還有什麼可以細化的地方呢？如程式碼3.1所示，距離步驟7（消抖）之前，共有步驟2~6等5個時鐘所消耗。如果也考慮消抖時間之內，然而步驟7 修改為if( C1 == T10MS -1 -5 ) 是行不通，因為兩種有效按鍵都有不通的情況。
如果 isTag 為1，步驟5會直接跳向步驟7，步驟7的消抖只要加入步驟2~5所消耗的4個時鐘。如果isTag為2，那麼步驟5會前進步驟6，然後乖乖等待釋放事件，期間沒消耗而外的時鐘。為此，步驟7可以這樣修改，結果如程式碼3.2所示：
5:
if( S == 2'd1 ) begin i <= i + 2'd2; end
else if( S == 2'd2 ) begin i <= i + 1'b1; end
6:
if( isL2H )i <= i + 1'b1;
7:
if( Mode == 2'd1 && C1 == T10MS -1 -4) begin Mode <= 2'd0; C1 <= 28'd0; i <= 4'd0; end
else if( Mode == 2'd2 && C1 == T10MS -1 ) begin Mode <= 2'd0; C1 <= 28'd0; i <= 4'd0; end
else C1 <= C1 + 1'b1;
程式碼3.2
如程式碼3.2所示，步驟5被拿掉 isTag <= 2'd0 操作，然後步驟7稍微修改一下消抖過程。如果 isTag 為1，那麼消抖多考慮 4 個而外的時鐘消耗。反之，如果 isTag 為 2，那麼消抖過程照常。
細節二：完整的按鍵功能模組
圖3.4 完整的按鍵功能模組。
如圖3.4所示，那是完整的按鍵功能模組，它有一位連結至按鍵資源的KEYn訊號，它也有一組兩位的溝通訊號Trig。Trig[1]產生“點選”的個高脈衝，Trig[0]產生“長點選”的個高脈衝。
key_funcmod.v
1. module key_funcmod
2. (
3. input CLOCK, RESET,
4. input KEY,
5. output [1:0]oTrig
6. );
7. parameter T10MS = 26'd500_000; // Deboucing time
8. parameter T3S = 28'd150_000_000; // Long press time
9.
10. /*****************************************/ //sub
11.
12. reg F2,F1;
13.
14. always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
15. if( !RESET )
16. { F2, F1 } <= 2'b11;
17. else
18. { F2, F1 } <= { F1, KEY };
19.
20. /*****************************************/ //core
21.
22. wire isH2L = ( F2 == 1 && F1 == 0 );
23. wire isL2H = ( F2 == 0 && F1 == 1 );
24. reg [3:0]i;
25. reg isLClick,isSClick;
26. reg [1:0]isTag;
27. reg [27:0]C1;
28.
29. always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
30. if( !RESET )
31. begin
32. i <= 4'd0;
33. isLClick <= 1'd0;
34. isSClick <= 1'b0;
35. isTag <= 2'd0;
36. C1 <= 28'd0;
37. end
38. else
39. case(i)
40.
41. 0: // Wait H2L
42. if( isH2L ) i <= i + 1'b1;
43.
44. 1: // H2L debouce
45. if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
46. else C1 <= C1 + 1'b1;
47.
48. 2: // Key Tag Check
49. if( isL2H ) begin isTag <= 2'd1; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'b1; end
50. else if( {F2,F1} == 2'b00 && C1 >= T3S -1 ) begin isTag <= 2'd2; C1 <= 28'd0; i <= i + 1'd1; end
51. else C1 <= C1 + 1'b1;
52.
53. 3: // Tag Trigger (pree up)
54. if( isTag == 2'd1 ) begin isSClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
55. else if( isTag == 2'd2 ) begin isLClick <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
56.
57. 4: // Tag Trigger (pree down)
58. begin { isLClick,isSClick } <= 2'b00; i <= i + 1'b1; end
59.
60. 5: // L2H deboce check
61. if( isTag == 2'd1 ) begin S <= 2'd0; i <= i + 2'd2; end
62. else if( isTag == 2'd2 ) begin S <= 2'd0; i <= i + 1'b1; end
63.
64. 6: // Wait L2H
65. if( isL2H )i <= i + 1'b1;
66.
67. 7: // L2H debonce
68. if( C1 == T10MS -1 ) begin C1 <= 28'd0; i <= 4'd0; end
69. else C1 <= C1 + 1'b1;
70.
71. endcase
72.
73. /*************************/
74.
75. assign oTrig = { isSClick,isLClick };
76.
77. endmodule
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