FPGA搭积木之按键消抖(改进版)

目录

1.前言

2.回顾之前的设计

3.基于读者思路的设计

4.ModelSim仿真

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1.前言

  昨天分享的关于FPGA对机械按键消抖的设计，有读者指出了其中的不足，并给出了他的思路。今天就读者的设计思路，来再做一个按键消抖模块。这个程序大概是大学的时候写的，当时才开始学，没考虑那么多。现在开始写博客，才陆续把以前写过的东西翻出来、分享。首先感谢这位读者，给我提出意见，学习的时候就是要多互相交流才能进步。大家对文章有问题，欢迎来和我讨论。

2.回顾之前的设计

  之前的按键消抖模块链接

  之前的设计思路是，在检测到按键稳定时，延迟20ms再进行采样，然后得到稳定的按键信号。但是有读者说了，这样处理，按下去至少20ms才会生效，对于年轻人来说可能会明显的感觉到延迟，这样设计似乎更适合老年人哈哈哈哈。不过，该方法的一个好处就是，获取的按键值是稳定后的，可以避免一些误触，或者由于抖动之类的导致按键闭合，影响判断。

之前设计的消抖模块如下图所示，如果把延迟时间设置为5ms，一方面迟滞感就不会那么强，另一方面按键也还是稳定了一段时间才进行采样，避免了亚稳态。具体延迟时间可能要根据需求去设置，思路是这么个思路。

按键消抖过程

3.基于读者思路的设计

(1)在检测到按键按下时，按键即刻生效，输出一个时钟高电平脉冲。
(2)按键生效时，设置一个标志位;并开始计时20ms
(3)在计时没有完成之前，对按键作输入无效处理。
(4)计时结束，更改标志位状态，按键输入重新有效。
代码如下：

`timescale 1ns / 1ps
module key_debounce #(parameter DELAY_CNT = 'd1_000_000)//50M时钟时的20ms计数值
(    //防抖模块端口声明
      
      input  clk   ,//50M
      input  rst_n  ,
      input  key   , //定义按键输入
      
      output  key_out  //定义按键输出
);
wire        key_edge_pluse ;
wire [$clog2(DELAY_CNT) - 1:0] cnt    ;
wire        cnt_last  ;
reg         key_flag  ;
edge_detection #(.POSEDGE(1'b0))
u_edge_detection (
 .clk   (clk   ), 
 .edge_din     (key   ),
 .edge_pluse     (key_edge_pluse )
);
 
assign key_out = key_edge_pluse & ~key_flag;
 
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
 if (!rst_n) 
  key_flag <= 1'b0;
 else if(key_edge_pluse)
  key_flag <= 1'b1;//检测到按键按下后，在计数结束前后续按键值无效
 else if(cnt_last)
  key_flag <= 1'b0;
end
 
counter #(.CNT_NUM(DELAY_CNT),
  .ADD(1'b1))
u_counter(
 .clk  (clk  ), 
 .rst_n  (rst_n  ),
 .En_cnt  (key_flag ),      
 .cnt  (cnt  ), 
 .cnt_last (cnt_last )
);
endmodule
 

其中使用到的计数器模块和边沿检测请参考之前的设计。
FPGA搭积木之计数器
FPGA搭积木之边沿检测电路

4.ModelSim仿真

`timescale 1ns / 1ps
module key_debounce_tb;
parameter T = 20;
reg  clk  ;
reg  rst_n ;
reg  key  ;
wire key_out ;
 
 
key_debounce #(.DELAY_CNT('d2_0))//为了减小仿真时间，将延时减小
u_key_debounce(
.clk    (clk    ), 
.rst_n  (rst_n  ),
.key    (key    ), 
.key_out(key_out) 
);
always #(T/2) clk = ~clk;
initial begin
 clk = 1'b0;
 rst_n = 1'b0;
 key = 1'b1;
 #(10*T)
 rst_n = 1'b1;
 //模拟按键抖动，实际只有一次按键输入
 #(T)
 key = 1'b0;
 #(T)
 key = 1'b1;
 #(T)
 key = 1'b0;
 #(3*T)
 key = 1'b1;
 #(T)
 key = 1'b0;
 #(5*T)
 key = 1'b1;
 #(T)
 key = 1'b0;
 #(T)
 key = 1'b1;
 //模拟第二次按键抖动
 #(20*T)
 key = 1'b0;
 #(T)
 key = 1'b1;
 #(2*T)
 key = 1'b0;
 #(T)
 key = 1'b1;
 #(T)
 key = 1'b0;
 #(5*T)
 key = 1'b1;
 #(T)
 key = 1'b0;
 #(T)
 key = 1'b1;
 
end
endmodule
 

为了减小仿真时间，例化按键消抖模块时，将延时计数器值改小，方便验证逻辑。然后模拟两次按键输入。

仿真

从仿真波形可以看到，只输出了两次按键值。   将设计参数化，放入自己的代码库，供有需要时直接使用。相比于官方提供的封闭的IP核，自己设计的IP核虽然性能比不过，但是更灵活，方便进行个性化修改。FPGA其实就像搭积木一样，只要自己的代码库够丰富，设计只会越来越轻松！ 此合集持续分享一些笔者自己设计的可复用硬件模块：FPGA搭积木