二、13【FPGA】按键消抖-Toy模板网

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前言

学习说明此文档为本人的学习笔记，注重实践，关于理论部分会给出相应的学习链接。

学习视频：是根据野火FPGA视频教程——第十六讲
https://www.bilibili.com/video/BV1nQ4y1Z7zN?p=3

理论学习

按键常常作为系统复位信号和控制信号的外部输入，主要分为自锁按键、机械按键和薄膜按键等。开发板上一般采用机械按键，但是当机械触电断开、闭合时，由于机械触电的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定导通，断开时不会一下子完全断开，会出现瞬间的抖动。影响按键的输入状态，因此需要对按键进行消抖处理。

二、13【FPGA】按键消抖

抖动时常由按键本身决定，一般在5ms~10ms。

1、硬件消抖

按键较少时可以使用硬件消除抖动，即使其在状态第一次出发后就保持。这里用到了RS触发器作为常用的硬件去抖。

二、13【FPGA】按键消抖

当按键未按下时输出0，按下为1。按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B），只要不返回原始状态A，双稳态电路的状态不会改变，输出保持0，不会产生抖动波形。

2、软件消抖

当按键较多时使用硬件消抖需要占用太多资源，因此通过软件编程消抖。即检测到按键闭合后执行一个延时程序，由于抖动时间在5~10ms，我们产生一个20ms的延时，当前后两个状态相同时才能确定按键的真实状态

实战演练

1、设计规划

实现一个按键消抖模块，将按键做消抖处理后正常被其他模块调用

2、程序设计

2.1 波形图绘制

二、13【FPGA】按键消抖

按键脉冲产生方式：

传统方法：当按键被检测按下时，延时20ms+10ms时间重新检测，如果依然是低电平则产生一个时钟单位的脉冲。问题：这里计数器需要将10ms的时间计算在内浪费资源。
脉冲计数器：当检测到按键被按下时开始脉冲计数，当20ms后(50MHz，计数到999999）后产生一个时钟单位的脉冲，且重新计数。当按键未按下时，计数器清零。问题：当按键按的时间过长时，将会产生多个脉冲。
保持计数：当计数器计到999999时，计数器的值将会保持，只有检测到按键未按下的高电平时，才会被清零。因此计数器确定被按下时计数器的999998值只会出现一次。这时产生一时钟周期的脉冲即可。

2.2 代码编写

module key_filter
#(
    parameter CNT_MAX = 20'd999_999       //最大计数时间20ms
)
(
    input wire sys_clk,
    input wire sys_rst_n,
    input wire key_in,
    output reg key_flag
    );
    reg [19:0] cnt; 
    always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
        if(sys_rst_n == 1'b0)
            cnt <= 20'd0;
        else if(key_in == 1'b1)
            cnt <= 20'd0;
        else if(key_in == 1'b0 && cnt == CNT_MAX)
            cnt <= CNT_MAX;
        else 
            cnt <= cnt + 1'b1;
    always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
        if(sys_rst_n == 1'b0)
            key_flag <= 1'b0;        
        else if(cnt == CNT_MAX - 1'b1)
            key_flag <= 1'b1;
        else 
            key_flag <= 1'b0;
endmodule

三、逻辑仿真

3.1 仿真文件的编写

`timescale 1ns / 1ns
//
// Company: 追逐者——桥的小作坊
// Create Date: 2022/05/12 17:19:33
// Design Name: 按键消抖
// Module Name: tb_key_filter
//
module tb_key_filter();
    reg sys_clk ;
    reg sys_rst_n ;
    reg key_in ;
    reg [7:0] tb_cnt ;
    wire key_flag ;
    
    initial begin
        sys_clk = 1'b1;
        sys_rst_n <= 1'b0;
        #20
        sys_rst_n <= 1'b1;
    end 
    always #10 sys_clk = ~sys_clk;
//通过计数器模拟按键抖动过程
    always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
        if(sys_rst_n == 1'b0)
            tb_cnt <= 8'd0;
        else if(tb_cnt == 8'd249)
            tb_cnt <= 8'd0;
        else 
            tb_cnt <= tb_cnt + 8'd1;
    always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
        if(sys_rst_n == 1'b0)
            key_in <= 1'b1;
        else if(((tb_cnt >= 8'd19) && (tb_cnt <= 8'd49))
             ||((tb_cnt >= 8'd149) && (tb_cnt <= 8'd199)))
             key_in <= {$random} % 2;
        else if((tb_cnt < 8'd19) || (tb_cnt > 8'd199))
            key_in <= 1'b1;
        else
            key_in <= 1'b0;   
//实例化            
key_filter 
#(
    .CNT_MAX(20'd24)      //最大计数时间20ms
)
key_filter_inst
(
    .sys_clk  (sys_clk  ),
    .sys_rst_n(sys_rst_n),
    .key_in   (key_in   ),
    .key_flag (key_flag )
);          
endmodule