经典的verilog键盘扫描程序

经典的verilog键盘扫描程序

作者：ilove314

拿到威百仕( VibesIC )的板子后就迫不及待的开始我的学习计划，从最基础的分频程序开始，但看到这个键盘扫描程序后，直呼经典，有相见恨晚的感觉，还想说一句：威百仕( VibesIC )，我很看好你！WHY？待我慢慢道来，这个程序的综合后是0error,0warning。想想自己编码的时候那个warning是满天飞，现在才明白HDL设计有那么讲究了，代码所设计的不仅仅是简单的逻辑以及时序的关系，更重要的是你要在代码中要表现出每一个寄存器，甚至每一个走线。想想我写过的代码，只注意到了前者，从没有注意过后者，还洋洋自得以为自己也算是个高手了，现在想来，实在惭愧啊！学习学习在学习，这也重新激发了我对HDL设计的激情，威百仕给了我一个方向，那我可要开始努力喽！

废话说了一大堆，看程序吧：（本代码经过ise7.1i综合并下载到SP306板上验证通过）

//当三个独立按键的某一个被按下后，相应的LED被点亮；再次按下后，LED熄灭，按键控制LED亮灭

module key_debounce(

clk,rst_n,s1_n,s2_n,s3_n,s4_n,s5_n,led_d1,led_d2,led_d3,led_d 4,led_d5);

input clk; //主时钟信号，10MHz

input rst_n; //复位信号，低有效

input s1_n,s2_n,s3_n,s4_n,s5_n;

output led_d1,led_d2,led_d3,led_d4,led_d5;

reg[4:0] s_rst;

always @(posedge clk or negedge rst_n)

if (!rst_n) s_rst <= 5'b11111;

else s_rst <= {s5_n,s4_n,s3_n,s2_n,s1_n};

reg[4:0] s_rst_r;

always @ ( posedge clk or negedge rst_n )

if (!rst_n) s_rst_r <= 5'b11111;

else s_rst_r <= s_rst;

wire[4:0] s_an = s_rst_r & ( ~s_rst);

reg[19:0] cnt; //计数寄存器

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

if (!rst_n) cnt <= 20'd0; //异步复位

else if(s_an) cnt <=20'd0;

else cnt <= cnt + 1'b1;

reg[4:0] low_s;

always @(posedge clk or negedge rst_n)

if (!rst_n) low_s <= 5'b11111;

else if (cnt == 20'h30D40)

low_s <= {s5_n,s4_n,s3_n,s2_n,s1_n};

reg [4:0] low_s_r;

always @ ( posedge clk or negedge rst_n )

if (!rst_n) low_s_r <= 5'b11111;

else low_s_r <= low_s;

wire[4:0] led_ctrl = low_s_r[4:0] & ( ~low_s[4:0]);

reg d1,d2,d3,d4,d5;

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

if (!rst_n) begin

d1 <= 1'b0;

d2 <= 1'b0;

d3 <= 1'b0;

d4 <= 1'b0;

d5 <= 1'b0; end

else begin //

if ( led_ctrl[0] ) d1 <= ~d1;

if ( led_ctrl[1] ) d2 <= ~d2;

if ( led_ctrl[2] ) d3 <= ~d3;

if ( led_ctrl[3] ) d4 <= ~d4;

if ( led_ctrl[4] ) d5 <= ~d5; end

assign led_d1 = d1 ? 1'b1 : 1'b0; //LED翻转输出assign led_d2 = d2 ? 1'b1 : 1'b0;

assign led_d3 = d3 ? 1'b1 : 1'b0;

assign led_d4 = d4 ? 1'b1 : 1'b0;

assign led_d5 = d5 ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule

也许初看起来这段代码似乎有点吃力，好多的always好多的wire啊，而我们通常用得最多的判断转移好像不是主流。的确是这样，一个好的verilog代码，用多个always语句来分摊一个大的always来执行，会使得综合起来更快，这也是接前两篇日志说到代码优化的一个值得学习的方面。其次是wire连线很多，你要是仔细研究代码，不难发现所有的锁存器的连线关系编程者都考虑到了，这样就不会平白无故的生成意想不到的寄存器了，这也是一个优秀代码的必备要素。

上面说的是代码风格，下面就看程序的编程思想吧。前两个always语句里其实是做了一个20ms的计数，每隔20ms 就会读取键值，把这个键值放到寄存器low_sw中，接下来的一个always语句就是把low_sw的值锁存到low_sw_r里，这样以来，low_sw和low_sw_r就是前后两个时钟周期里的键值了，为什么要这样呢？看下一个语句吧：

wire [2:0] led_ctrl = low_sw_r[2:0] & ( ~low_sw[2:0]);

仔细分析，你会发现当没有键按下时，low_sw=low_sw_r=3’b111，此时的led_ctrl=3’b000；只有当low_sw和low_sw_r的某一位分别为0和1时，才可能使led_ctrl的值改变（也就是把led_ctrl的某一位拉高）。那么这意味着当键值由1跳变到0时才可能把led_ctrl拉高。回顾前面的20ms赋键值，也就是说每20ms内如果出现按键被按下，那么有一个时钟周期里led_ctrl是会被拉高的，而再看后面的程序，led_ctrl的置高就使得相应的LED灯的亮灭做一次改变，这就达到了目的。

verilog 键盘扫描程序之debug 作者：ilove314: EDN China

上次的日志《经典的verilog 键盘扫描程序》承蒙厚爱，已成博客精华，在EDN 博客主页置顶多日。但是我发现那个经典程序还是存在一点点小bug ，且听我慢慢道来。 先放上仿真波形来说明一下问题吧：

仿真说明：由于20ms 检测一次按键值对于仿真来说太长了，所以只假定16个主时钟周期就做一次检测（也就是cnt[3]的下降沿锁存键值）。

图1，sw1_n 被按下（拉底）大约5个时钟周期（<16）,而此时与其相应的led_d5却改变状态了。说明的问题是，大多数时候按键消抖其实是到不了20ms 的。 其实这个小bug 通常在下载后，测试键盘是不会有什么感觉的。但是问题是，如果真的出现那种抖动在20ms 以内（甚至远小于20ms ）的外部干扰存在时，这个bug 就不可忽视了。

因此，在原程序的基础上，做了如下的改进。其思想是在每个主时钟（50MHz ）周期里都进行一次按键检测，如果前后两次键值改变了，说明有可能键盘被按下了，此时，在下一个时钟周期将复位20ms 计数值，然后20ms 后重新锁存键值，其它的和原程序基本相同，这样就达到了真正意义上的20ms 消抖。

重新修改代码后的仿真波形如下：

点击看原图

图2，可以看到此时在不满16个时钟周期的键值变化是不会然led 做出变化的。

图3，按键sw3_n 的按下时间明显超过了16个时钟周期，那么在cnt 重新记到16个时钟周期后，led_d4就做出了改变。 重新修改后的代码如下：

//当三个独立按键的某一个被按下后，相应的LED 被点

亮；再次按下后，LED 熄灭，按键控制LED 亮灭

key_led.v

module key_led(

input CLOCK_50,

input Q_KEY,

input [4:1] KEY,

output reg [4:1] LED

);

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// 获取键值开始

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

wire [4:1] key_val; // 键值

key_debounce u0(

.i_clk (CLOCK_50),

.i_rst_n (Q_KEY),

.i_key (KEY),

.o_key_val (key_val) // 按下为0，松开为1 );

//--------------------------------------

// 获取键值结束

//--------------------------------------

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// 按下键后开关LED 开始

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

always @ (posedge CLOCK_50, negedge Q_KEY)

if (!Q_KEY)

LED <= 4'hF; // 0灭1亮

else

case (1'b0)

key_val[1] : LED[1] <= ~LED[1];

key_val[2] : LED[2] <= ~LED[2];

key_val[3] : LED[3] <= ~LED[3];

key_val[4] : LED[4] <= ~LED[4];

default : LED <= LED ; // 缺省亮灭情况不变 endcase

//--------------------------------------

// 按下键后开关LED 结束

//--------------------------------------

endmodule

key_debounce.v

module key_debounce(

input i_clk,

input i_rst_n,

input [4:1] i_key, // 按下为0，松开为1 output reg [4:1] o_key_val // 键值

);

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

reg [4:1] key_samp1, key_samp1_locked;

// 将i_key采集至key_samp1

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)

if(!i_rst_n)

key_samp1 <= 4'hF;

else

key_samp1 <= i_key;

// 将key_samp1锁存至key_samp1_locked

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)

if(!i_rst_n)

key_samp1_locked <= 4'hF;

else

key_samp1_locked <= key_samp1;

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

wire [4:1] key_changed1;

// 当key_samp1由1变为0时

// key_changed1由0变为1，只维持一个时钟周期

assign key_changed1 = key_samp1_locked & (~key_samp1); //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

reg [19:0] cnt;

// 一旦有按键按下，cnt立即被清零

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)

if(!i_rst_n)

cnt <= 20'h0;

else if(key_changed1)

cnt <= 20'h0;

else

cnt <= cnt + 1'b1;

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

reg [4:1] key_samp2, key_samp2_locked;

// 只有当按键不变化（不抖动），且维持20ms以上时

// 才将i_key采集至key_samp2

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)

if(!i_rst_n)

key_samp2 <= 4'hF;

else if(cnt == 20'hF_FFFF) // 0xFFFFF/50M = 20.9715ms key_samp2 <= i_key;

// 将key_samp2锁存至key_samp2_locked

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)

if(!i_rst_n)

key_samp2_locked <= 4'hF;

else

key_samp2_locked <= key_samp2; //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

wire [4:1] key_changed2;

// 当key_samp2由1变为0时

// key_changed2由0变为1，只维持一个时钟周期assign key_changed2 = key_samp2_locked & (~key_samp2); //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// 每次按键稳定后，输出键值

// 按下为0，松开为1

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)

if(!i_rst_n)

o_key_val <= 4'hF;

else

o_key_val <= ~key_changed2;

//--------------------------------------

endmodule