【黑金原創教程】【FPGA那些事兒-驅動篇I 】實驗五：按鍵模組④ — 點選，長點選，雙擊
實驗五：按鍵模組④ — 點選，長點選，雙擊
實驗二至實驗四，我們一共完成如下有效按鍵：
l 點選（按下有效）
l 點選（釋放有效）
l 長擊（長按下有效）
l 雙擊（連續按下有效）
然而，不管哪個實驗都是隻有兩項“功能”的按鍵模組而已，如今我們要建立三項“功能”的按鍵模組，亦即點選（按下有效），長擊，還有雙擊。實驗繼續之前，讓我們先來複習一下各種有效按鍵。
圖5.1 點選（按下有效）。
如圖5.1所示，所謂點選（按下有效）就是按鍵按下以後，isSClick訊號（Single Click）
產生一個高脈衝。
圖5.2 長點選。
如圖5.2所示，所謂長點選就是按鍵按下以後，長達3秒不放，isLClick訊號（Long Click）
就會產生一個高脈衝。
圖5.3 雙點選。
如圖5.3所示，所謂雙點選就是距離第一次“點選（按下有效）”，如果在有效的連擊時限內容完成第二次“點選（按下有效）”，那麼isDClick訊號（Double Click）就會產生一個高脈衝。
話語上，實驗五雖然要整合3項按鍵功能，然而實驗五相較實驗二至實驗四卻有一定程度的難度。那是因為僅有兩項功能的按鍵模組，僅需判斷一次性的有效按鍵而已，反之三項功能的按鍵模組卻要分開二次判斷，而且判斷也要有序。根據實驗五，核心操作會優先判斷按鍵是否“長點選”，然後再來判斷“點選”還是“雙點選”。期間絕對不能搞錯判斷的次序。
具體內容，我們還是直接來看程式碼吧：
圖5.4 實驗五的建模圖。
如圖5.4所示，那是實驗五的按鍵功能模組，輸入端一邊是連線至按鍵資源的KEY訊號，輸出端另一邊則是連線至3位LED資源的LED訊號。
key_funcmod.v
1. module key_funcmod
2. (
3. input CLOCK, RESET,
4. input KEY,
5. output [2:0]LED
6. );
以上為相關的出入端宣告。
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 );
以上內容是時間常量宣告以及周邊操作。第17~23行是檢測電平狀態的周邊操作，第27~28行則是按下事件還有釋放事件的宣告。
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
以上內容為相關的暫存器宣告以及復位操作。i指向步驟，暫存器isLClick，暫存器isDClick，還有暫存器isSClick則是相關的“有效按鍵”標誌。isTag表示“有效按鍵”的標籤，1為“點選”，2為“雙點選”，3為“長點選”。C1用來計數。第35~43行則是相關的復位操作。
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，具體的操作過程如下：
步驟0，等待第一次按下事件；
步驟1，過濾抖動；
步驟2，檢測是不是長點選，如果是isTag為3然後出發步驟5，否則等待釋放事件；
步驟3，過濾抖動；
步驟4，檢測是不是雙擊，如果是isTag為2，否則S為1；
步驟5~6，根據isTag內容產生高脈衝；
步驟7，根據isTag內容檢測是否需要過濾抖動，isTag為1直接返回步驟0，其它需要；
步驟8，等待釋放事件；
步驟9，過濾抖動然後返回步驟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
以上內容為演示用的周邊操作以及輸出驅動。它會根據各種“有效按鍵”翻轉D1的內容。第106行則是輸出驅動的宣告。編譯完後下載程式。
如果筆者點選一下 <KEY1> 建，那麼LED[0] 會點亮，如果筆者雙擊 <KEY1> 建，結果 LED[1] 會點亮，再如果筆者長按 <KEY1> 建 3秒不放，那麼 LED[2] 則會點亮。總結說，一個按鍵資源可以執行3種功能，控制3位LED資源。
細節一：完整的個體模組
圖5.5 完整的按鍵功能模組。
如圖5.5所示，那是完整的按鍵功能模組，它有一位輸入端KEY連線至按鍵資源，然後則有3位觸發訊號，Trig[2]產生“單擊”的個高脈衝，Trig[1] 產生“雙擊”的個高脈衝，Trig[0]產生“長擊”的個高脈衝
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
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