image.png

一、前置知识

电容触摸按键主要由按键 IC 部分和电容部分构成。按键 IC 部分主要由元器件供应商提供，用于将电容的变化转换为电信号。手指接触到触摸按键时，按键和手指之间产生寄生电容，使按键的总容值增加。
电容式触摸按键 IC 在检测到按键的感应电容值改变，并超过一定的阈值后，将输出有效信号表示按键被按下。
image.png

二、原理图分析

image.png image.png
触摸 IC 型号为 AR101，其引脚功能如下：

引脚标号 功能描述
OP1 = 0 OUT 引脚输出信号高电平有效
OP1 = 1 OUT 引脚输出信号低电平有效
OP2 = 0 触摸 IC 工作在同步模式，即触摸时输出有效电平，松开后无有效电平输出。
OP2 = 1 触摸 IC 工作在保持模式，即检测到触摸操作后输出有效电平，松开后，输出电平保持不变。当再次检测到触摸操作时，输出电平变化并继续保持。

原理图中，触摸 IC 的引脚 OP1 和 OP2 均拉低，因此当手指按在触摸按键上时，TOUT 管脚输出高电平，松开后输出低电平。
需要注意，TOUT是被连在了P4排针座的TOUT端口上，需要用跳线帽将TOUT与连接在FPGA的TPAD端口短接。
image.png
image.png

三、代码流程分析

image.png

方法一：直接检测按键上升沿

需要判断TOUT产生的上升沿位置，在每个TOUT的上升沿，切换LED的状态。
按上述分析，我写出了以下简单的代码，it’s work。

  1. //---------------------- Copyright (c) ----------------------
  2. //                Copyright(C) ZHJ0125 2022
  3. //                   All rights reserved
  4. //-----------------------------------------------------------
  5. //     File Name : touch_led.v
  6. //  Created Date : 2022-04-15 17:54
  7. // Modified Date : 2022-04-15 17:54
  8. //    Created By : ZHJ0125
  9. //  Last Version : V0.1
  10. //  Descriptions : 使用触摸按键控制LED。
  11. //                 开发板上电后LED为熄灭状态，手指触摸后LED点亮；
  12. //                 再次触摸，LED熄灭，以此循环。
  13. //-----------------------------------------------------------
  14. module touch_led(
  15.     input  clk,
  16.     input  rst_n,
  17.     input  touch_key,
  18.     output reg [3:0] led
  19. );
  21. always @(posedge touch_key or negedge rst_n) begin
  22.     if(!rst_n)
  23.         led <= 4'd0;     // 复位后LED全灭
  24.     else
  25.         led <= ~led;
  26. end
  28. endmodule

touch_led_1.mp4 (8.34MB)

方法二：保留两个KEY状态来判断上升沿

在正点原子手册中提供了以下思路：使用系统时钟触发方式，保留两个时钟周期内的KEY状态，根据两状态是否为低→高，判断是否为触摸按键的上升沿。

  1. //---------------------- Copyright (c) ----------------------
  2. //                Copyright(C) ZHJ0125 2022
  3. //                   All rights reserved
  4. //-----------------------------------------------------------
  5. //     File Name : touch_led.v
  6. //  Created Date : 2022-04-15 17:54
  7. // Modified Date : 2022-04-15 18:25
  8. //    Created By : ZHJ0125
  9. //  Last Version : V0.1
  10. //  Descriptions : 使用触摸按键控制LED。
  11. //                 开发板上电后LED为熄灭状态，手指触摸后LED点亮；
  12. //                 再次触摸，LED熄灭，以此循环。
  13. //-----------------------------------------------------------
  14. //module touch_led(
  15. //    input  clk,
  16. //    input  rst_n,
  17. //    input  touch_key,
  18. //    output reg [3:0] led
  19. //);
  20. //
  21. //always @(posedge touch_key or negedge rst_n) begin
  22. //    if(!rst_n)
  23. //        led <= 4'd0;     // 复位后LED全灭
  24. //    else
  25. //        led <= ~led;
  26. //end
  27. //
  28. //endmodule
  30. module touch_led(
  31.     input  clk,
  32.     input  rst_n,
  33.     input  touch_key,
  34.     output reg [3:0] led
  35. );
  37. reg touch_key_d0;   // 本周期即当前的按键状态
  38. reg touch_key_d1;   // 上一个周期的按键状态
  40. wire key_en;        // 上升沿触发标志
  42. assign key_en = (~touch_key_d1) && touch_key_d0;
  44. // 处理记录两个周期的按键状态
  45. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
  46.     if(!rst_n) begin
  47.         touch_key_d0 <= 1'b0;
  48.         touch_key_d1 <= 1'b0;
  49.     end
  50.     else begin
  51.         touch_key_d0 <= touch_key;
  52.         touch_key_d1 <= touch_key_d0;
  53.     end
  54. end
  56. // 处理设置LED状态
  57. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
  58.     if(!rst_n) begin
  59.         led <= 4'd0;    // 复位后LED全灭
  60.     end
  61.     else begin
  62.         if(key_en)      // 出现上升沿
  63.             led <= ~led;
  64.         else
  65.             led <= led;
  66.     end
  67. end
  69. endmodule

实验效果与我编写的代码效果一致。
正点原子的方法巧妙之处在于记录了两次周期中按键的状态，根据两次按键状态来判断上升沿；而我的方法是直接使用Verilog语法判断按键上升沿。