Verilog按键消抖的理解

按键在按下时会产生抖动，释放时也会产生抖动，所以在设计键盘扫描程序时必须考虑按键的消抖，我们一般只考虑按下时的抖动，而放弃对释放时抖动的消抖。抖动时间一般为20ms左右。按下的最终结果是低电平。

在单片机设计的的按键去抖思路是：检测到按下时延时20ms，再检测，如果状态仍为按下，则确认是按下的；如果状态为弹起的，则确认是干扰，无按键按下。

 图1  按键抖动特性

有一个概念要理一下，按键按下时会有抖动，也就是说我们其实只按一次，但是实际产生的“按下”却是许多次的，这些许多次集中在这20ms里。我们按的只是一次，而实际却产生了许多次，那么就必须滤除其他的次数。单片机为了得到真正的“按下”，通过延时20ms，把其他的“按下”（也就是抖动）给滤除了。然后再次判断是否有按下，因为有的时候干扰很大。

而在FPGA中，基于下面的程序，理解如下：在这个程序里检测按键是否按下的方法是脉冲边沿检法。而在单片机里是判断是否为低电平的方法（那么在FPGA中可不可以也用这个方法呢？）第一次检测到后，启动20ms计数器，时间到后再检测。这里的检测方法跟脉冲边沿检测法有异曲同工之处，FPGA过20ms检测按键是否按下，存储检测到的值，并且按位取反与前一个20ms检测的值相与，得到一个值，如果为1，则判断按键按下，否则则无按下。所以跟单片机按键扫描的原理是一样的，不同的是检测方法不一样。
 图2 FPGA按键的理解示意图

其中key_an寄存器的功能是检测第一次的“按下”，是cnt的启动标志位。通过也能滤除干扰信号。

led_ctrl是确实有按键按下的信号，维持一个时钟周期。

特权同学的Verilog键盘扫描程序

//说明：当三个独立按键的某一个被按下后，相应的LED被点亮；

//            再次按下后，LED熄灭，按键控制LED亮灭
 

module sw_debounce(

                 clk,rst_n,

                     sw1_n,sw2_n,sw3_n,

                  led_d1,led_d2,led_d3

                 );

 

input   clk; //主时钟信号，50MHz

input   rst_n;     //复位信号，低有效

input   sw1_n,sw2_n,sw3_n;      //三个独立按键，低表示按下

output  led_d1,led_d2,led_d3;     //发光二极管，分别由按键控制

 

//----------------------------------

reg[2:0] key_rst;  

 

always @(posedge clk  or negedge rst_n)

    if (!rst_n) key_rst <= 3'b111;

    else key_rst <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};

 

reg[2:0] key_rst_r;       //每个时钟周期的上升沿将low_sw信号锁存到low_sw_r中

 

always @ ( posedge clk  or negedge rst_n )

    if (!rst_n) key_rst_r <= 3'b111;

    else key_rst_r <= key_rst;

   

//当寄存器key_rst由1变为0时，led_an的值变为高，维持一个时钟周期 

wire[2:0] key_an = key_rst_r & ( ~key_rst); //检测到按下的第一次（cnt的启动信号）

 

//-------------------------------------------

reg[19:0]  cnt;    //计数寄存器

 

always @ (posedge clk  or negedge rst_n)

    if (!rst_n) cnt <= 20'd0;      //异步复位

       else if(key_an) cnt <=20'd0;

    else cnt <= cnt + 1'b1;

  

reg[2:0] low_sw;

 

always @(posedge clk  or negedge rst_n)

    if (!rst_n) low_sw <= 3'b111;

    else if (cnt == 20'hfffff)   

 //满20ms，将按键值锁存到寄存器low_sw中      cnt == 20'hfffff

      low_sw <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};

      

//-----------------------------------------------

reg  [2:0] low_sw_r;       //每个时钟周期的上升沿将low_sw信号锁存到low_sw_r中

 

always @ ( posedge clk  or negedge rst_n )

    if (!rst_n) low_sw_r <= 3'b111;

    else low_sw_r <= low_sw;

   

//当寄存器low_sw由1变为0时，led_ctrl的值变为高，维持一个时钟周期 

wire[2:0] led_ctrl = low_sw_r[2:0] & ( ~low_sw[2:0]);

 

reg d1;

reg d2;

reg d3;

  

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

    if (!rst_n) begin

        d1 <= 1'b0;

        d2 <= 1'b0;

        d3 <= 1'b0;

      end

    else begin          //某个按键值变化时，LED将做亮灭翻转

        if ( led_ctrl[0] ) d1 <= ~d1;    

        if ( led_ctrl[1] ) d2 <= ~d2;

        if ( led_ctrl[2] ) d3 <= ~d3;

      end

 

assign led_d3 = d1 ? 1'b1 : 1'b0;           //LED翻转输出

assign led_d2 = d2 ? 1'b1 : 1'b0;

assign led_d1 = d3 ? 1'b1 : 1'b0;

  

endmodule