这一篇在干嘛？
前面几个实验我们一直在「输出」——点灯、数数、亮数码管，这一篇终于轮到「输入」。开发板上的 4 个机械按键和 4 位拨码开关都会接到这个实验里，按下、拨动什么，LED 就实时反映什么。实验代码只有十几行，但它藏着 FPGA 输入处理的两个基本功：电平极性和打两拍。
实验目的
了解和检测开发板上的按键及开关特性。
听起来简单，其实这一步非常值得做：拿到一块新板子，先弄清楚「按键按下到底是高还是低」「拨码开关拨上是 0 还是 1」，后面所有用到输入的实验（计数器的复位/加载、多路选择器的选通、消抖实验）都建立在这个常识上。搞反了极性，现象会完全对不上号。
实验原理
图 1.1 开发板上的按键是按下去是接触为低电平，松开是断开为高电平。
图 1.2 中 SW1-SW4 是作为与 FPGA 的 IO 输入信号，拨上为「0」，拨下为「1」。
图 1.1
图 1.2
为什么按键是「低有效」？
机械按键一端接 FPGA 引脚，另一端接地。FPGA 内部（或约束里 PULLTYPE = PULLUP 配置的上拉电阻）把引脚平时拉到高电平；按下按键时引脚被直接接到地，变成低电平。所以：
- 松开 = 高电平（1）
- 按下 = 低电平（0）
这就是「低有效」的含义——信号起作用的状态是低电平。回看上一篇计数器代码里 negedge reset_n 复位，正是利用了这个特性：按下键 1 才产生复位。
拨码开关为什么拨上是 0？
拨码开关的极性纯粹由硬件电路接线决定，本板上 SW1-SW4 拨上为「0」、拨下为「1」。记住这个对应关系即可，不同厂家的板子可能相反——这也是为什么拿到任何板子都值得先跑一遍本实验验证极性。
输入引脚都要配上拉
看后面的引脚约束会发现，8 个输入全部配了
PULLTYPE = PULLUP。对按键来说上拉提供松开时的高电平；对拨码开关来说，上拉保证开关断开一侧时引脚不悬空（悬空的输入会随机跳变，造成误动作）。
程序里的「打两拍」是什么？
程序对输入信号连做两级寄存再输出。这个习惯做法有两个理由：
- 亚稳态防护：异步输入（人手的动作随时可能发生）直接进入时钟域可能违反寄存器的建立/保持时间，导致输出处于既不是 0 也不是 1 的亚稳态。第一级寄存器允许它「短暂不确定」，第二级寄存器在下一个时钟沿采样时，亚稳态大概率已经稳定下来，从而把不确定性隔离在一级之内。
- 对齐时序：打一拍让输入信号与系统时钟同步，后续逻辑使用起来时序才可控。
本实验的输入只是点亮 LED，即使偶发抖动毛刺也观察不出来（真正的抖动治理要等到消抖实验）。但「输入先打两拍」应该从今天起成为肌肉记忆。
实验程序
原文程序分两部分给出（模块头与主体因排版断开，连续阅读）：
module key_test
input clk, //时钟 50Mhz 板
input [7:0] key, //输入 8 组信号
output[7:0] led //LED 8 组
);
reg[7:0] led_r; //定义第一阶段寄存器，生成四个 D 触发器
reg[7:0] led_r1; //定义第二级寄存器，生成四个 D 触发器always@(posedge clk)
begin
led_r <= ~key; // 第一级锁存数据
end
always@(posedge clk)
begin
led_r1 <= led_r; // 第二级锁存数据
end
assign led = led_r1;
endmodule逐行解读：
input [7:0] key—— 8 位输入把按键和拨码开关一起接进来（4 个按键 + 4 个开关 = 8 路信号）；led_r <= ~key;—— 取反是点睛之笔。按键按下输入变低，取反后 LED 寄存器变高、灯点亮；于是「按下亮、松开灭」，符合直觉。LED 是低电平点亮的设计，若不取反，现象就会变成平时全亮、按下才灭；- 两级
always@(posedge clk)就是上面说的打两拍：key先进led_r，再进led_r1，最后输出； - 整个设计是纯同步逻辑，没有任何组合反馈，综合出来的就是 16 个 D 触发器（每级 8 个）加少量布线。
为什么现象可能偶尔「闪一下」
机械按键在按下/松开的几毫秒内触点会弹跳，电平反复抖动。本实验只做同步化、不做消抖，所以按键对应的那颗 LED 可能快速闪烁几下才稳定——这是正常现象，不是板子坏了。要「治好」它，请看消抖动电路设计那一篇。
引脚约束
set_pin_assignment { clk } { LOCATION = R7; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[0] } { LOCATION = C8; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[1] } { LOCATION = C7; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[2] } { LOCATION = C6; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[3] } { LOCATION = C5; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[4] } { LOCATION = A2; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[5] } { LOCATION = B2; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[6] } { LOCATION = B1; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { key[7] } { LOCATION = C1; IOSTANDARD = LVCMOS33; PULLTYPE = PULLUP; }
set_pin_assignment { led[0] } { LOCATION = C15; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }
set_pin_assignment { led[1] } { LOCATION = C16; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }
set_pin_assignment { led[2] } { LOCATION = B6; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }
set_pin_assignment { led[3] } { LOCATION = A5; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }
set_pin_assignment { led[4] } { LOCATION = B5; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }
set_pin_assignment { led[5] } { LOCATION = A8; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }
set_pin_assignment { led[6] } { LOCATION = A7; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }
set_pin_assignment { led[7] } { LOCATION = A6; IOSTANDARD = LVCMOS33; DRIVESTRENGTH = 8; PULLTYPE = NONE; }这份约束表本身就是一张「板级地图」：
key[4]~key[7]（A2、B2、B1、C1）就是计数器实验里出现过的键 1~3 那一批引脚——同一个物理按键，不同实验只是换了信号名；key[0]~key[3]（C8、C7、C6、C5）与上一篇的SW[0]~SW[3]引脚相同，对应拨码开关 SW1-SW4；led[0]~led[7]（C15、C16、B6、A5、B5、A8、A7、A6）与数码管 DIG 引脚重叠——LED 和数码管段线是复用的引脚，靠板上的 DIG/LED 拨动开关选择通向哪一路，这解释了为什么做数码管实验时要把开关拨到 DIG 一侧。
下载测试
分别按动四组按键与拨码开关，测试按键与 LED 灯的效果。
建议按下面的清单逐项验收：
- 4 个机械按键：按下对应 LED 点亮，松开熄灭；快速连按能看到闪烁（抖动未消除的正常表现）；
- 4 个拨码开关：拨下（逻辑 1）对应 LED 点亮，拨上（逻辑 0）熄灭——开关是电平保持型输入，不取反的话现象相反，正好可以用取反代码对照理解；
- 同时操作：8 路输入互相独立，可以同时按住多个键、拨多个开关，验证 8 位向量是并行处理的；
- 速度感受：手指再快，LED 的响应也不会「丢」——因为输入在每个 50MHz 时钟沿都被采样，人的动作相对时钟太慢了。
现象与总结
这个实验小到不像话，却是输入处理的地基，记住三件事：
- 极性是板级属性：本板按键按下为低、开关拨上为 0，写代码前先确认；
- 异步输入先进两级寄存器：防亚稳态、同步时钟域，成本只有两级触发器；
- LED 与数码管引脚复用：引脚冲突时靠板上开关切换通路，做实验前记得检查开关位置。
再往前想一步：本实验只处理了「电平」和「同步」，还没处理「抖动」和「事件」。消抖动电路设计一篇会补上抖动治理，而在计数器实验里你已经见过了「把按键变成控制信号」的用法。输入处理的三板斧——同步、消抖、边沿检测——凑齐之后，任何按键开关相关的需求都不再可怕。
自测
自测
- 代码里
led_r <= ~key的取反，对按键和拨码开关两种输入分别产生了什么现象？如果去掉取反，两种输入的 LED 表现各变成什么样？- 两级寄存器各自解决什么问题？只打一拍为什么不够？
key[0]配置了PULLTYPE = PULLUP，如果去掉上拉，按键松开时 FPGA 引脚读到什么？LED 会怎么表现？- 为什么本实验的按键 LED 会闪烁几下才稳定？什么实验能解决这个问题？
- 观察 LED 引脚与数码管 DIG 引脚的约束表，你发现了什么？这意味着做两个实验时要注意什么？