【黑金原创教程】【FPGA那些事儿-驱动篇I 】实验三:按键模块② — 点击与长点击

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【黑金原创教程】【FPGA那些事儿-驱动篇I 】实验三:按键模块② — 点击与长点击

alinx 2014-06-09 09:21:00 浏览354
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实验三:按键模块② — 点击与长点击

实验二我们学过按键功能模块的基础内容,其中我们知道按键功能模块有如下操作:

l 电平变化检测;

l 过滤抖动;

l 产生有效按键。

实验三我们也会z执行同样的事情,不过却是产生不一样的有效按键:

l 按下有效(点击);

l 长按下有效(长点击)。

clip_image002

图3.1 按下有效,时序示意图。

clip_image004

图3.2 长按下有效,时序示意图。

如图3.1所示,按下有效既是“点击”,当按键被按下并且消抖完毕以后,isSClick信号就有被拉高一个时钟(Short Click)。换之,长按下有效也是俗称为的“长点击”,如图3.2所示,当按键被按下并且消抖完毕以后,如果按键3秒之内都没有被释放,那么isLClick信号就会拉高一个时钟(Long Click)。

clip_image006

图3.3 实验三的建模图。

如图3.3所示,那是实验三的建模图,同样按键功能模块有一位KEY输入,并且连接至按键资源,然后它有两位LED输出,并且连接至2位LED资源。至于多按键功能模块的具体内容,让我们来看代码吧:

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

以上内容为相关的出入端声明。

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 );

以上内容为相关的常量声明,周边操作以及即时声明。第12~18行是电平状态检测的周边操作。第22~23行是按下事件与释放事件的即时声明。

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

以上内容为相关的寄存器声明以及复位操作。i用作指向步骤,isLClick与isSClick同是标示寄存器,分别是长按下有效与按下有效。isTag用来判定那种有效按键,C1用来计数。

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

以上内容为核心操作,至于核心的操作过程如下:

步骤0,等待按下事件;

步骤1,过滤又高变低所产生的抖动;

步骤2,检测那种有效按键,如果3秒以内发生释放事件就为isTag赋值1;反之,如果持续3秒低电平则为isTag赋值2;

步骤3~4,根据 Mode 的内容产生不同有效按键的高脉冲,isTag为1是“点击”isSClick,isTag为2则是“长点击”isLClick。

步骤5,用来检测释放事件,如果之前发生“点击”就直接跳向步骤7。反之,如果之前发生“长点击”就进入步骤6。

步骤6,等待释放事件(长点击有效)。

步骤7, 过滤又低变高所产生的抖动,然后返回步骤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

以上内容为演示用的周边操作,它根据那种有效按键就翻转那位D1寄存器。第87行则是输出驱动声明。编译完成便下载程序。

我们会发现,第一次按下 <KEY2> 3秒不放会点亮 LED[1],换之按下 <KEY2> 不到3秒便释放则会点亮 LED[0]。第二次按下 <KEY2> 3秒不放会消灭 LED[0],按下 <KEY2> 不到3秒便释放会消灭 LED[0]。如此一来,实验三已经成

细节一: 精密控时

  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;

代码3.1

代码3.1是 key_funcmod 的部分代码,分别是步骤2~7。如果笔者是精密控时狂人,事实上代码3.1还可以进一步细化,然而还有什么可以细化的地方呢?如代码3.1所示,距离步骤7(消抖)之前,共有步骤2~6等5个时钟所消耗。如果也考虑消抖时间之内,然而步骤7 修改为if( C1 == T10MS -1 -5 ) 是行不通,因为两种有效按键都有不通的情况。

如果 isTag 为1,步骤5会直接跳向步骤7,步骤7的消抖只要加入步骤2~5所消耗的4个时钟。如果isTag为2,那么步骤5会前进步骤6,然后乖乖等待释放事件,期间没消耗而外的时钟。为此,步骤7可以这样修改,结果如代码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;

代码3.2

如代码3.2所示,步骤5被拿掉 isTag <= 2'd0 操作,然后步骤7稍微修改一下消抖过程。如果 isTag 为1,那么消抖多考虑 4 个而外的时钟消耗。反之,如果 isTag 为 2,那么消抖过程照常。

细节二:完整的按键功能模块

clip_image008

图3.4 完整的按键功能模块。

如图3.4所示,那是完整的按键功能模块,它有一位链接至按键资源的KEYn信号,它也有一组两位的沟通信号Trig。Trig[1]产生“点击”的个高脉冲,Trig[0]产生“长点击”的个高脉冲。

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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