从物理层抽象出来状态机，以按键消抖为例

按键在未被按下时状态为高电平，按下后为低电平，按下与释放按键都会存在一段时间的抖动期，这个抖动的存在对电路的设计时极其不好的，可能会让电路处于未知状态，所以设计电路中需要用到按键的，一定要设计他的消抖电路，设计的消抖电路要能滤除抖动，并且能输出按键的状态以及按键被按下的时刻，所以设计的模块输入为按键，输出为按键状态以及按键被消除抖动后按键被按下的标志，一般情况下我们认为抖动时间不超过20ms，超过20ms我们即认为按键被按下或被释放

上图是按键在被按下与被释放使电路的状态，根据上图抽象出他的状态转移图

在写一个电路之前，我们不仅要知道他大概的实际电路，也要能够想象出该电路的时序图如下图所示

仿真后实际的波形展示

关于矩阵按键

通过原理图我们可以看出，可以通过八个引脚得到一个4X4的矩阵键盘，将行(row)连接上拉电阻，在列(col)连接到地，这样在没有按键按下时行(row)维持在高电平，有按键按下时，某一行的电平为0

如何实现矩阵电路的检测呢，或者说如何知道按下的是哪一个按键呢，注意是一个键？

这里要引入一个扫描的概念

将行设置为输入，列设置为输出，建立一个状态机

如果行的输入不都为1，那么启动扫描，即将列值输出设置为

col <= 4'b0111; col <= {col[2:0], col[3]}

即将从来循环左移，列值每变化一次，将输入的行值寄存下来

检测行值，记录行值的变化，注意不是此时的行值，是变化

也就是说，要记住被消抖后的行值，此时的行值，此时的列值

行列确定后，就可以确定是哪一个键被按下

对于两个键也是可以被检测出来的，如果检测多个同时被按下，只不过寄存器要多一些

本人不为这句话负责：最多能同时检测多少个按键呢？我感觉是十六个，没有理论验证过，有兴趣的可以验证一下，但是复杂度会上升不少

这里只说只能检测一个按键的状态机，如果检测器发现有两个键被按下，则为检测失败

但也有检测失败的时候，比如恰好在检测第二行时发生抖动，检测失败则状态机进入等待释放状态，检测下一次

下图为矩阵按键的状态跳转图

仿真模型

//file name tb_key_4x4;

`timescale 1ns/1ns

`define clk_period 20

module tb_key_4x4();

reg clk;

reg rst;

wire [3:0]key_row;

wire [3:0]key_col;

wire key_flag;

wire [3:0]key_value;

key_4x4 key_4x4(

.clk(clk),

.rst(rst),

.key_row(key_row),

.key_col(key_col),

.key_flag(key_flag),

.key_value(key_value)

);

key_model key_mode_inst(key_col,key_row);

initial clk = 1'b1;

always#(`clk_period/2) clk = ~clk;

initial begin

rst = 1'b0;

#200

rst = 1'b1;

end

endmodule

//end file

//file name key_model;

module key_model(

key_col,

key_row

);

input [3:0]key_col;

output reg [3:0]key_row;

reg [3:0]key_row_r;

reg key_row_sel;

reg [1:0]now_col, now_row;

initial begin

now_col = 0;

now_row = 0;

key_row_sel = 0;

end

initial begin

key_row = 4'b1111;

#50_000_000;

press_key(0,3);

press_key(1,2);

press_key(2,1);

press_key(3,0);

end

reg [15:0] shake_time = 0;

task press_key;

input [1:0]col,row;//注：不用在任务函数外进行定义

begin

key_row_sel = 0;

key_row_r = 4'b1111;

key_row_r[row] = 0;

now_row = row;

repeat(20)begin

shake_time = {$random}%65536;

#shake_time;

key_row_r[row] = ~key_row_r[row];

end

key_row_sel = 1;

now_col = col;

#50_000_000;

key_row_sel = 0;

key_row_r = 4'b1111;

repeat(20)begin

shake_time = {$random}%65536;

#shake_time;

key_row_r[row] = ~key_row_r[row];

end

key_row_r = 4'b1111;

#50_000_000;

end

endtask

always@(*)

if(key_row_sel)

case(now_row)

2'd0: key_row = {1'b1,1'b1,1'b1,key_col[now_col]};

2'd1: key_row = {1'b1,1'b1,key_col[now_col],1'b1};

2'd2: key_row = {1'b1,key_col[now_col],1'b1,1'b1};

2'd3: key_row = {key_col[now_col],1'b1,1'b1,1'b1};

endcase

else

key_row = key_row_r;

endmodule

//end file

task的写法

reg key_in;

reg [15:0]shake_time;

task key_press;

begin

key_in = 1'b1;

repeat(20)begin

shake_time = {$random}%65536;

#shake_time;

key_in = ~key_in;

end

key_in = 1'b0;

#50_000_000;

end

endtask

task key_release;

begin

key_in = 1'b0;

repeat(20)begin

shake_time = {$random}%65536;

#shake_time;

key_in = ~key_in;

end

key_in = 1'b1;

#50_000_000;

end

endtask

//矩阵按键仿真

//写这个是因为task的有输入的

task press_key

input [1:0]row,col;

begin

key_row_sel

end

endtask