Verilog中按键消抖检测的实现

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Verilog中按键消抖检测的实现

Verilog按键消抖是FPGA学习时的一个入门教程，为避免眼高手低，还是再次分析与记录一下。此处着重介绍按键消抖的基本原理，对按键消抖与检测的关键技术进行分析，并进行功能仿真。

一、按键消抖基本原理

1、按键消抖必要性

物理按键释放与按下时均会出现抖动，抖动时间约为5-10ms。这就意味着，在按键按下以及释放的5-10ms内，按键的输出为高电平还是低电平是不断抖动的，在0-1之间频繁切换。

如果不进行按键消抖操作，会出现异常触发。比如按键按下一次，但是检测电路将m次抖动也检测进去，会造成输出异常。

2、按键消抖原理

按键消抖原理简单，即通过适当延迟，通过检测延迟前后按键输出电平值，判断按键是否被按下或是释放。延迟使得按键抖动部分不会被检测到，滤除掉抖动的影响，实现了按键消抖。而不必担心因为按键消抖延迟时间的存在，导致真实按下或释放按键被漏检。（因为检测延迟时间极短为10ms，试想，要出现漏检至少应该100下/s，这是不可能的）

二、按键消抖检测关键技术

边沿检测

按键检测实际为边沿检测，在不同电路设计下按键按下与释放对应于不同的输出电压，但是无非就是按下为0释放为1，或者按下为1释放为0的区别。

上升沿检测：检测信号从0-1的变化，检测形式为  ~a_r & a（a为信号当前值，a_r为信号上次采样值）

下降沿检测：检测信号从1-0的变化，检测形式为  a_r & ~a （a为信号当前值，a_r为信号上次采样值）

三、仿真相关

假设按键key0-3，按下输出为0，释放输出为1，按键抖动为10ms，要求检测按键出现按下操作。

实现代码如下：

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: CLL
// 
// Create Date: 2020/03/28 13:06:39
// Design Name: 
// Module Name: key_scan
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: key_scan 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//module key_scan(input [3:0]key,input clk,input rst_n,output [3:0]flag);
parameter CNT_10MS = 4'b0011;//假设延时4个时钟周期对应10ms（易于功能仿真实现）
// internal signal
reg [3:0]key_n;
reg [3:0]key_r;
reg [3:0]cnt;
// delay module
always@(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(!rst_n)begincnt <= 1'b0;endelse if(cnt == CNT_10MS)begincnt <= 1'b0;endelsebegincnt <= cnt + 1'b1;end
end
// key input module
always@(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(!rst_n)beginkey_n <= 4'b1111;key_r <= 4'b1111;endelse if(cnt == CNT_10MS)beginkey_n <= key;key_r <= key_n;end
end
// key scan module
assign flag = ~key_n & key_r;
//always@(posedge clk or negedge rst_n)
//begin
//    if(!rst_n)
//        begin
//            flag <= 4'b0000;
//        end
//    else 
//        begin
//            flag <= ~key_n & key_r;
//        end
//end
endmodule

为保证输出及时，flag边沿判断部分最好是组合逻辑；

测试文件如下：

以输入key值短时间内频繁反转模拟按键抖动；延迟4个时钟周期模拟实际的10ms延迟；

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: CLL
// 
// Create Date: 2020/03/29 10:00:24
// Design Name: 
// Module Name: key_scan_tsb
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//module key_scan_tsb();
// port
reg clk;
reg rst_n;
reg [3:0]key;
wire [3:0] flag;
// clk
initial
beginclk = 0;forever #5 clk = ~clk;
end
// rst_n
initial
beginrst_n = 1;#10 rst_n = 0;#10 rst_n = 1;
end
// 
initial
beginkey = 4'b1111;#20repeat(9) #2 key[0] = ~key[0];//模拟抖动key[0] = 0;#100repeat(9) #2 key[1] = ~key[1];//模拟抖动key[1] = 0;#100repeat(9) #2 key[2] = ~key[2];//模拟抖动key[2] = 0;#100repeat(9) #2 key[3] = ~key[3];//模拟抖动key[3] = 0;
end
// inst
key_scan minst(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.key(key),.flag(flag)
);
endmodule

仿真结果如下：

可以看出，电路按照10ms延迟检测按键值，一旦出现1-0情况，即输出按键检测到信号，即flag对应位置1；