FPGA之按键消抖

news2024/11/20 10:40:10

1.原理

2.代码

2.1 key_filter.v

2.2 tb_key_filter.v

1.原理

按键分为自锁式按键和机械按键，图左边为自锁式按键

上图为RS触发器硬件消抖，当按键的个数比较多时常常使用软件消抖。硬件消抖会使用额外的器件占用电路板上的空间。

思路就是使用延时程序去掉抖动的部分，抖动就是不规则的高低电平变化。

只要在20ms之内没有抖动的产生，就可以认为按键的可用的。计数器的作用就是当检测道低电平时就开始计数，当检测到高电平时就清零。

因为50MHZ的时钟，周期为20ns，要计满20ms，20ms=20000_000ns，则计数器要计数20000_000/20=1000_000个时钟周期，所以计数器的值是从0-999_999。

出现了一个问题，若稳定的时间足够长，在稳定期间就会出现多次清零，多个最大值，多个脉冲信号，这不是我们想要的结果。为此对波形图做修改。

此时的原理就是当计数道最大值时计数器不清零，直到下一个按键输入检测到为高电平再清零。

但此时输出信号就不再是一个脉冲信号了，而是一个长长的高电平。因此再次对波形图做修改。

当计数到999_999-1时，就把输出拉高一个时钟周期，然后清零。

以上这张图的tb_cnt是为了仿真的。19-49（前抖动），149-199赋值随机数模拟抖动（后抖动），0-19，199-249赋值为高电平模仿按键未被按下，其余时间赋值为0模仿按键按下。

2.代码

2.1 key_filter.v

module key_filter
#(
	parameter	CNT_MAX=20'd999_999
)
(
	input wire 		sys_clk			,
	input wire 		sys_rst_n		,
	input wire 		key_in			,
	
	output reg	 	key_flag		
);

reg [19:0]	cnt_20ms		;

always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if (sys_rst_n==1'b0)
		cnt_20ms<=20'd0;
	else if(key_in==1'b1)
		cnt_20ms<=20'd0;
	else if(cnt_20ms==CNT_MAX)
		cnt_20ms<=CNT_MAX;
	else
		cnt_20ms<=cnt_20ms+20'd1;
		
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if (sys_rst_n==1'b0)
		key_flag<=1'b0;
	else if(cnt_20ms==CNT_MAX-20'd1)
		key_flag<=1'b1;
	else
		key_flag<=1'b0;
		
endmodule

2.2 tb_key_filter.v

`timescale 1ns/1ns
module tb_key_filter();

reg 		sys_clk	;
reg 		sys_rst_n;
reg			key_in	;
reg [7:0]	tb_cnt	;//使用计数器进行一个周期的计数，模拟一次按键按下，计数的最大值暂定为250次（8位）

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;
	

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;
		
//模拟按键过程,检测到低电平开始计数，检测到高电平清0
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)))	//模仿抖动
		key_in<={$random}%2;
	else if((tb_cnt<8'd19)||(tb_cnt>8'd199))//模仿按键未被按下
		key_in<=1'b1;
	else 
		key_in<=1'b0;  //模仿稳定时候
		
		
key_filter 
#(
	.CNT_MAX(20'd24)  //相当于计数25
)
tb_key_filter
(
	. sys_clk		(sys_clk),
	. sys_rst_n		(sys_rst_n),
	. key_in		(key_in)	,
	
	. key_flag		(key_flag)	
);

endmodule