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|  V1.0  |  2020-05-21  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验十一：GPIO输入实验——识别按键输入 =====

==== 一、实验目的与意义 ====

  - 了解按键特征和应用。
  - 掌握 FPGA 引脚的配置方法。
  - 学习按键消抖的实现方法。

==== 二、实验设备及平台 ====

  - iCore4TX 双核心板。[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.3.5923532fAsAtPz&id=614919247574|点击购买]]
  - USB-CABLE（或相同功能）的仿真器。
  - Micro USB线缆。
  - ISE开发平台。
  - 电脑一台。
==== 三、实验原理 ====

**按键动作检测和消抖**
  * FPGA 的所有 I/O 控制块允许每个 I/O 引脚单独配置为输入口，不过这种配置是系统自动完成的。当该 I/O 口被设置为输入口使用时，该 I/O 控制模块将直接使三态缓冲区的控制端接地，使得该 I/O 对外呈高阻态，这样该 I/O 引脚即可用输入引脚使用。
  * iCore4TX超迷你核心板上是没有按键的，其扩展板上有个按键，可以通过扩展接口和FPGA相连。原理图如下：
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_11_1.png?direct |图11.1}}
  * 从原理图中可以看到，按键未按下时，FPGA引脚是悬空的，此时该引脚对外呈高阻态。当按键按下时，FPGA电平为高。正确分配并锁定引脚后，一旦检测到按键有变化，即可切换 LED 的状态。
  * 也就是通过检测FPGA·KEY引脚的电平变化，判断按键状态，进而控制LED的亮灭。在按键按下和松开的过程，电平并不是理想的立即从高到低或者从低到高变化的。在跳变的过程中，是有抖动的，持续大概10ms左右。抖动会影响FPGA判断按键稳定状态的电平，因此在设计中要对按键动作做消抖处理。原理很简单，检测到跳变沿后做延时处理，跳过抖动阶段，再读取按键状态，从而实现按键消抖操作。

==== 四、代码讲解 ====
  * 本实验代码较为简单，首先使对输入信号进行延迟1拍处理，便于进行沿跳变检测。检测到下降沿后开始计数。然后在对时钟计数持续约40ms后，采集按键输入引脚的电平状态，进而控制LED的亮灭切换。代码理解和实现较为简单，不过需要注意对延时计数器的控制，使其在按键按下期间持续计数。按键未按下时进行清零。
**  其代码如下：**
<code verilog>
//---------------------按键动作检测---------------------------//
	reg key_r;
	always@(posedge clk_25M or negedge rst_n)
		if(!rst_n)
			key_r<=1'b0;
		else
			key_r<=key;//输入信号延迟1拍
	reg [19:0]cnt;
	reg flag;
	always@(posedge clk_25M or negedge rst_n)
		if(!rst_n)
			flag<=1'd0;
		else if((key==1'd0)&&(key_r==1'd1))//下降沿检测
				flag<=1'd1;
			else if((key==1'd1)&&(key_r==1'd0))//上升沿检测
				flag<=1'd0;
	always@(posedge clk_25M or negedge rst_n)
		if(!rst_n)
			cnt<=20'd0;
		else if((cnt<20'd1000000)&&(flag))//约40ms
			cnt<=cnt+1'd1;
			else if((cnt==20'd1000000)&&(flag))
				cnt<=cnt;
				else
					cnt<=20'd0;
	reg led_r;
	always@(posedge clk_25M or negedge rst_n)//LED 状态切换
		if(!rst_n)
			led_r<=1'd1;
		else if(cnt==20'd900000)
led_r<=~led_r;

</code>
  * 编译完代码，在将程序烧录到FPGA之前，要对FPGA的引脚进行设置。将时钟、按键、LED信号绑定到对应引脚，绑定信息参考下图中所示，为.ucf文件中引脚绑定内容： 
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_11_2.png?direct |图11.2}}
  * 引脚绑定之后，保存并编译工程，下载至iCore4tx双核心板，按下FPGA·KEY，观察FPGA·LED的状态变化。

==== 五、实验步骤 ====
  - 将iCore4TX双核心版插入底板的金手指插座，轻轻下压，使双核心板和底板联通并固定在底板上。
  - 把 USB-CABLE 仿真器与 iCore4TX 的 JTAG 调试口相连；
  - 把iCore4TX通过 Micro USB 线与计算机相连，为 iCore4TX 供电；
  - 打开本实验工程； 
  - 烧写程序到 iCore4TX 上； 
  - 按下按键，观察LED状态的切换。

==== 六、实验结果 ====
  * 按动iCore4TX 底板的FPGA按键，iCore4TX 双核心板上的 FPGA·LED在每次按键按下后切换亮灭状态。