本章介绍如果读取按键的操作，来演示PL部分的IO输入功能。
- 此章节内容适用于Lemon ZYNQ主板，如是其他板子请看对应板子目录。
- 本文在 vivado2018.3版本上演示。
一、硬件介绍
先看原理图，由原理图可以看出板子上接了四个按键，并且默认是通过下拉电阻下拉到GND的，也就是当按键没有按下的时候 按键KEY 的信号脚是0V ，当按键按下后，该信号脚被拉高到3.3V 。
为了演示按键的功能，这里再在工程中引入LED指示灯，指示灯之前章节的例子里测试过，将LED的驱动脚拉高，指示灯亮，拉低指示灯熄灭。
为了方便代码的演示，这里仅用两个按键，和两个LED进行测试。
二、工程创建
工程创建的过程可以参考试验一中的内容，这里不详细描述了。
三、代码的编写
正常的按键操作，在按下瞬间 电平会产生抖动，虽说只是一个按下的操作，但是实际可能电压跳变了无数次，所以正常的按键代码是需要消抖的，消抖会稍微麻烦点 这里放到本文的最后再介绍。
1 ）不带消抖的程序演示
为了方便理解输入输出的概念这里先简单写一个不带消抖的按键，去控制LED灯的程序（一般芯片间的通讯是不需要做消抖功能的，只有按键之类的才需要做消抖）。
首先 原先 LED 的驱动程序，我们用的是output ，output代表输出，所以这里我们的按键要设置成input ，代表输入。
完整代码比较简单 就不详细描述了，详细见下面
程序是通过时钟信号同步的时序逻辑的方式来运行，其中LED灯的变化 和 KEY的变化仅在clk 的上升沿完成，受时钟影响。
`timescale 1ns / 1ps
module KEY_TEST(
input clk,
output LED1,
output LED2,
input KEY1,
input KEY2
);
reg LED1_r=0;
reg LED2_r=0;
always@(posedge clk)begin
if(KEY1==1)LED1_r<=1'b1;
else LED1_r<=1'B0;
if(KEY2==1)LED2_r<=1'b1;
else LED2_r<=1'B0;
end
assign LED1=LED1_r;
assign LED2=LED2_r;
endmodule
约束文件如下
set_property PACKAGE_PIN R14 [get_ports LED1]
set_property PACKAGE_PIN P14 [get_ports LED2]
set_property PACKAGE_PIN D19 [get_ports KEY1]
set_property PACKAGE_PIN D20 [get_ports KEY2]
set_property PACKAGE_PIN H16 [get_ports clk]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports LED1]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports LED2]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports KEY1]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports KEY2]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clk]
保存后进行编译和综合，最后下载到板子上进行运行，可以看到当按下BTN0的按键后，左边的灯LD0被点亮，当按下右边BTN1的按键后，右边的灯LD2被点亮了。
到这里简单的输入功能介绍完毕了。
按键控制也可以是组合逻辑，LED灯的状态仅和按键有关和时钟等没有关系，这种方式就相当于FPGA内部拉了个导线并串了个非门到LED和按键之间。
LED1=(KEY1==1)?1’b1:1’b0;
这种方式 也不需要创建LED对应的 REG寄存器（LED_r）缺点是各个信号间不同步 不适用于大型系统中。
2）带消抖的程序演示
以上介绍的方法不带按键消抖，适用于不同芯片间传输，和简单的按键应用， 如果要让系统中按键的稳定性更大，那需要在系统中额外增加按键消抖功能。
按键消抖的原由：通常在一个按键开关在闭合时由于机械特性的原因，按键不会立马接通，在断开时也不会一下子断开，而是在闭合及断开的瞬间均伴随有多次抖动，抖动的产生会对按键的信号本身产生干扰。
一般正常按键 抖动过程是小于20ms的， 而正常的一次按键操作，即使是短按时间也都是超过50ms的。 所以我们的按键消抖时间可以以20ms作为界限。
按键消抖的思路：
a.初始状态 计数器为0，跳转到状态b。
b.检测到按键按下（即电平为1）计数器开始计时 ，跳转到状态c。
c.计数器计数到20ms前不停的检测，检测到电压值不为1，即认为是抖动信号，则系统回到a初始状态，如果20ms内电压值时钟为1，则认为按键有效，跳转到状态d。
d.按键有效信号置位 ， 当检测到按键电平不为1时， 按键有效信号清0。
（以上是判断按键按下的消抖处理思路， 如果释放按键不参与决策，则不需要做按键释放消抖，否则 按键释放也需要做消抖处理）。
接下来开始写消抖的程序：
/////////////////////
//www.hellofpga.com//
/////////////////////
`timescale 1ns / 1ps
module KEY_TEST(
input clk,
output LED,
input KEY
);
reg [1:0]debounce_mode=2'd0;
reg [21:0]debounce_count=22'd0;
reg [1:0]KEY_r=0;
always@(posedge clk)begin
KEY_r[1]<= KEY_r[0];
KEY_r[0]<= KEY;
end
wire KEY_POSEDGE=(~KEY_r[1]&KEY_r[0])?1'b1:1'b0;
reg KEY_value=0;
always@(posedge clk)begin
if(debounce_mode==0)begin
debounce_count<=22'd0;
debounce_mode<=2'd1;
KEY_value<=0;
end
else if(debounce_mode==1)begin
if(KEY_POSEDGE==1)begin
debounce_count<=22'd0;
debounce_mode<=2'd2;
end
end
else if(debounce_mode==2)begin
if(debounce_count>=22'd2_500_000)debounce_mode<=2'd3;
else begin
if(KEY==0)debounce_mode<=2'd0;
debounce_count<=debounce_count+1'b1;
end
end
else begin
if(KEY==0)debounce_mode<=2'd0;
KEY_value<=1'b1;
end
end
assign LED=KEY_value;
endmodule
代码简单解读
代码里用了两位寄存器来移位KEY的按键状态，然后通过对比前后的按键变化来找到按键的上升沿（上个时刻是低电平，下个时刻为高电平，代表是上升沿，即(~KEY_r[1]&KEY_r[0])），当系统为上升的那个时刻KEY_POSEDGE输出高电平。
reg [1:0]KEY_r=0;
always@(posedge clk)begin
KEY_r[1]<= KEY_r[0];
KEY_r[0]<= KEY;
end
wire KEY_POSEDGE=(~KEY_r[1]&KEY_r[0])?1'b1:1'b0;
debounce_mode代表当前的状态机所处的状态，其中的0，1，2，3分别代表前面写的按键消抖思路的a,b,c,d4个过程步骤，这里可以对应着看。 0代表初始化，1模式检测上升沿，如果出现上升沿进入到模式2，2开始计数并检测按键状态是否变成0，如果是则认为触发的是抖动干扰，则重新回到模式0等待下一个上升沿，如果计数器超过20ms按键时钟没变化，则认为按键有效进入模式3，模式3下改变按键的输出值KEY_value。
debounce_count是一个22位的计数器，从按键的上升沿开始 计数，直到20ms停止（20ms 对应125mhz时钟的第2500000个脉冲）。
KEY_value代表最终消抖后的按键值，KEY_value=1代表按键有效 并且一直持续。 这里将按键的结果通过assign LED=KEY_value; 将KEY_value寄存器的值直接映射到LED指示灯上，可以更好的看到按键按下的结果。
增加约束文件：
set_property PACKAGE_PIN R14 [get_ports LED]
set_property PACKAGE_PIN D19 [get_ports KEY]
set_property PACKAGE_PIN H16 [get_ports clk]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports LED]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports KEY]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clk]
这里只演示一个按键，如果要做多个按键，可以用模块例化的方式 设计多个按键，这里请自行尝试。如果需要增加按键释放消抖，原理上相通，可自行研究。
- 本文的完整工程下载：03_PL_KEY
- VIVADO的版本：2018.3
- 工程创建目录： E:\Lemon_ZYNQ\FPGA\03_PL_KEY 其中不带消抖的是KEY_TEST目录，带消抖的是KEY_TEST_DEBOUNCE目录