FPGA入门学习笔记(十三)Vivado实现按键消抖

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四种状态
按键未按下:静止状态呈高电平;
按下过程中:抖动状态呈高低电平;
按键已按下:静止状态呈低电平;
释放过程中:抖动状态呈高低电平。

按键消抖思路:区别于单片机使用20ms延时判断电平正负,FPGA中采用电平保持计时,若时间长度超过20ms则认为发生了一次按键操作。

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按键实际电路存在亚稳态现象,当按键正好在时钟上升沿按下时,触发器1的输出Q_1将不确定,可能为1,也可能为0,此时无法准确的判断下降沿的触发,通过两个触发器可有效解决上述问题,通过判断Q_1与Q_2,将有效的判断按键下降沿的触发,且判断仅有一个始终距离。
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仿真波形

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设计文件程序

`timescale 1ns / 1ns

module Key_Filter(
        Clk,
        Reset_N,
        Key,
        Key_P_Flag,
        Key_R_Flag,
        Key_State
        
    );
    input Clk;
    input Reset_N;
    input Key;
    output reg Key_P_Flag;
    output reg Key_R_Flag;
    output reg Key_State;
    
    reg [1:0]R_Key;
    reg [1:0]Sync_Key;

    wire Pedge_Key;
    wire Nedge_Key;
    
    always@(posedge Clk)begin
        Sync_Key <= #1 {Sync_Key[0],Key};
    end
    
    always@(posedge Clk)begin
        R_Key <= #1 {R_Key[0],Sync_Key[1]};
//        R_Key[0] <= Key;
//        R_Key[1] <= R_Key[0];
    end
    //Posedge Check
    assign Pedge_Key = (R_Key == 2'b01);
    //Negedge Check
    assign Nedge_Key = (R_Key == 2'b10);
    
    reg [19:0]Counter;
    
    localparam IDLE = 0;
    
    reg [1:0]state;
    always@(posedge Clk or negedge Reset_N)
    if(!Reset_N)begin
        state <= #1 0;
        Counter <= #1 0;
        Key_P_Flag <= #1 0;
        Key_R_Flag <= #1 0;
        Key_State <= #1 1;
    end
    else begin
        case(state)
            0:
                begin
                    Key_R_Flag <= #1 0;
                    if(Nedge_Key)
                        state <= #1 1;
                    else
                        state <= #1 0;
                end
            1:
                if((Pedge_Key)&&(Counter < 1000000 - 1))begin
                    state <= #1 0;
                    Counter <= #1 0;
                end
                else if(Counter >= 1000000 -1)begin
                    state <= #1 2;
                    Counter <= #1 0;
                    Key_P_Flag <= #1 1;
                    Key_State <= #1 0;
                end
                else begin
                    Counter <= #1 Counter + 1'd1;
                    state <= #1 1;
                end
            2:
                begin
                    Key_P_Flag <= #1 0;
                    if(Pedge_Key)
                        state <= #1 3;
                    else
                        state <= #1 2;
                end
            3:
                if((Nedge_Key)&&(Counter < 1000000 - 1))begin
                    state <= #1 2;
                    Counter <= #1 0;
                end
                else if(Counter >= 1000000 -1)begin
                    state <= #1 0;
                    Counter <= #1 0;
                    Key_R_Flag <= #1 1;
                    Key_State <= #1 1;
                end
                else begin
                    Counter <= #1 Counter + 1'd1;
                    state <= #1 3;
                end
        endcase
    end
endmodule

仿真文件程序

`timescale 1ns / 1ns

module Key_Filter_tb();
    
    reg Clk;
    reg Reset_N;
    reg Key;
    wire Key_P_Flag;
    wire Key_R_Flag;
    wire Key_State;
    
    Key_Filter Key_Filter(
        Clk,
        Reset_N,
        Key,
        Key_P_Flag,
        Key_R_Flag,
        Key_State
    );
    
    initial Clk = 1;
    always #10 Clk = !Clk;
    initial begin
        Reset_N = 0;Key = 1;
        #201;
        Reset_N = 1;
        #2000;
        Key = 0;
        #20000;
        Key = 1;
        #30000;
        Key = 0;
        #20000;
        Key = 1;
        #30000;
        Key = 0;
        #50000000;
        Key = 1;
        #30000;
        Key = 0;
        #20000;
        Key = 1;
        #30000;
        Key = 0;
        #20000;
        Key = 1;
        #50000000;
        $stop;
    end
endmodule
`timescale 1ns/1ns

// Random Function
module Key_Filter_tb2();
    
    reg Clk;
    reg Reset_N;
    reg Key;
    wire Key_P_Flag;
    wire Key_R_Flag;
    wire Key_State;
    
    Key_Filter Key_Filter(
        Clk,
        Reset_N,
        Key,
        Key_P_Flag,
        Key_R_Flag,
        Key_State
    );
    
    initial Clk = 1;
    always #10 Clk = !Clk;
    initial begin
        Reset_N = 0;Key = 1;
        #201;
        Reset_N = 1;
        #2000;
        press_Key(2);
        $stop;
    end
    
    reg [24:0]rand;
    
    task press_Key;
        input [3:0]seed;
        begin
            Key = 1;
            #20000000;
            repeat(5)begin
                rand = {$random(seed)}%10000000;
                #rand Key = ~Key;
            end
            Key = 0;
            #40000000;
            
            repeat(5)begin
                rand = {$random}%10000000;
                #rand Key = ~Key;
            end
            Key = 1;
            #40000000;
        end
    endtask
endmodule

使用Random函数进行设计仿真时,发现了原设计文件中未及时将Counter置零的问题,现已对设计文件修正。


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