|
写在前面的话 我们通常所用的按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会马上断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了避免这种现象造成的干扰而作的措施就是按键消抖。 抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保智能单元对按键的一次闭合仅作一次处理，必须消除键抖动。在按键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到按键释放稳定后再作处理。按键的消抖，可用硬件或软件两种方法，梦翼师兄这里主要介绍一下软件的消除方法。 基于尖峰脉冲的按键消抖 尖峰脉冲是电路设计中非常重要的一种信号，很多层次化设计中模块间的握手信号一般都会使用尖峰脉冲，正确的应用尖峰脉冲信号，可以有效的减少系统的逻辑冗余，提高系统稳定性和执行效率。本节，我们就来学习如何利用尖峰脉冲实现按键消抖。 项目需求 用一个按键控制数码管显示，数码管显示的数值为按键的次数，每按一次按键，数码管显示的数值加一，数值从0-F循环显示。 误区排除 由于数码管在之前的章节中已经有很详细的论述，所以这里我们忽略数码管驱动部分，把注意力放在按键次数的累加模块。说到这里，很多人的脑海中可能会出现下述代码： always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
if (!rst_n)
begin
sum <= 1'b0; //赋初值
end
else
begin
if (!key_in) //有按键按下
sum <= sum + 1; //计数器加1
else
sum <= sum; //计数值不变
end
end
|
这个always块的主要意思是如果检测到按键变为低电平，则说明有按键按下，然后就开始计数累加。这是最容易想到的一种错误方式，假设我们按键按下的时间特别长，那么key_in就会一直保持为低电平，我们的sum计数值也就会因此而不断累加。这与我们每按键一次，计数值只加一的目标是不相符的，而且这种方式并不能处理电路中遇到的抖动。 那么，我们该如何是好呢？分析上述电路，我们发现计数值不断累积加的原因在于每次按键按下，key_in都会保持多个周期的低电平。那么我们是否能产生这样一个信号呢-每次按键按下，不管按键时间如何，该信号能且仅能维持一个时钟周期的高电平。如果可以产生出这样的尖峰脉冲，那么我们就可以实现每次按键，计数值加且只加一的结果。 设计思路 为了证实上述想法的可行性，接下来我们设计流程图如下：
结构说明：当检测到有按键按下时，为了消除抖动，我们启动延时计数器，如果按键保持低电平的时间足够长，那么计数值一定会满足我们设置好的延时条件，否则计数清零，等待下次按键到来。如果延时计数满足条件，说明确定有按键按下，那么我们就可以输出一个尖峰脉冲，从而控制sum累加。 系统框架
顶层端口描述
端口名
| 端口说明
| Clk
| 系统50MHz时钟输入
| rst_n
| 系统低电平复位
| key_in
| 系统外部按键输入
| Sum
| 输出按键累加值
|
6.6.8 代码解释
/****************************************************
* Engineer : 梦翼师兄
* QQ : 761664056
* The module function:按键消抖模块 *****************************************************/
01 module pulse(
02 //系统输入
03 clk,//系统50MHZ时钟输入
04 rst_n,//低电平复位信号输入
05 key_in,//外部按键输入
06 //系统输出
07 sum//按键次数计数器
08 );
09
10 //-----------------系统输入---------------------
11 input clk;//系统50MHZ时钟输入
12 input rst_n;//低电平复位信号输入
13 input key_in;//外部按键输入
14
15 //-----------------系统输出---------------------
16 output reg [3:0]sum;//按键次数计数器
17
18 //------------------寄存器定义------------------
19 reg [10:0]counter;//消抖延时计数器
20 reg state;//状态寄存器
21 reg pos_flag;//尖峰脉冲寄存器
22
23 //----------按键消抖以后产生尖峰脉冲------------
24 always@(posedge clk or negedge rst_n)
25 begin
26 if(!rst_n)
27 begin
28 counter<=0; //消抖延时计数器清零
29 state<=0; //状态寄存器清零
30 pos_flag<=0;//尖峰脉冲寄存器清零
31 end
32 else
33 begin
34 case(state)
35 0:begin
36 if(counter<10)//消抖延时计数器未开始计数
37 begin /*key_in==0，说明有按键按下*/
38 if(!key_in)
39 begin
40 /*消抖延时计数器开始计数*/ counter<=counter+1;
41 end
42 //key_in==1，说明按键放开，而此时计数值未满，
43 //说明刚才的“按键”是抖动
44 else
45 begin
46 /*消抖延时计数器清零*/ counter<=0;
47 end
48 end
49 else//计数值满，说明确定有按键按下
50 begin
51 //尖峰脉冲寄存器置为高电平
52 pos_flag<=1;
53 counter<=0;//消抖延时计数器清零
54 state<=1;//跳转到下一状态
55 end
56 end
57 1:begin
58 pos_flag<=0;//尖峰脉冲寄存器置为低电平
59 //key_in==1，说明按键放开（一次按键动作完整结束）
60 if(key_in)
61 state<=0;//状态返回，等待下次按键到来
62 end
63 default:state<=0;//状态返回
64 endcase
65 end
66 end
67 //-----------------------累计尖峰脉冲出现次数-----------------------
68 always@(posedge clk or negedge rst_n)
69 begin
70 if(!rst_n)
71 begin
72 sum<=0;//按键计数器清零
73 end
74 else
75 begin
76 if(pos_flag)//尖峰脉冲到来，说明按键按下
77 sum<=sum+1;//按键计数器累加
78 end
79 end
80 endmodule
|
当检测到有按键按下时，延时计数器开始计数，在计数的这段时间如果检测到按键是放开的，我们认为是按键抖动，计数器清零，等待下一次的按键按下，如果按键一直按下并满足我们预先设置的最大计数值，我们认为是真正有按键按下，延时计数器清零，pos_flag 信号拉高，状态向下跳转。在下一个状态 pos_flag 信号拉低，如果检测到按键放开，状态跳转到上一个状态等待下一次按键按下。这样就产生了一个周期的尖峰脉冲。从第68行到结束，当检测到一个尖峰脉冲的时候，按键计数器加1。
编写测试代码如下：
/****************************************************
* Engineer : 梦翼师兄
* QQ : 761664056
* The module function:按键消抖测试模块 *****************************************************/
01 `timescale 1ns/1ps
02
03 module tb;
04
05 //-----------------------系统输入-----------------------
06 reg clk;//系统50MHZ时钟输入
07 reg rst_n;//低电平复位信号输入
08 reg key_in;//外部按键输入
09
10 //-----------------------系统输出-----------------------
11 wire [3:0]sum;//按键次数计数器
12
13 //-----------------------产生测试激励-------------------
14 initial
15 begin
16 clk=0;
17 rst_n=0;
18 key_in=1;
19 # 1000.1 rst_n=1;
20 //-------------------模拟按键动作-------------------
21 # 1000 key_in=0;
22 # 1000 key_in=1;
23 # 100 key_in=0;
24 # 100 key_in=1;
25 # 300 key_in=0;
26 # 300 key_in=1;
27 # 100 key_in=0;
28 # 200 key_in=1;
29 # 1000 key_in=0;
30 # 900 key_in=1;
31 # 1000 key_in=0;
32 # 800 key_in=1;
33 # 1000 key_in=0;
34 # 1000 key_in=1;
35 //----------------------------------------------
36 end
37
38 always #10 clk=~clk;//50MHZ晶振
39
40 //----------------实例化被测试模块----------------
41 pulse pulse (
42 //系统输入
43 .clk(clk),//系统50MHZ时钟输入
44 .rst_n(rst_n),//低电平复位信号输入
45 .key_in(key_in),//外部按键输入
46 //系统输出
47 .sum(sum)//按键次数计数器
48 );
49 endmodule
|
我们再放大标示线区域：
由上述波形可以看出，当按键按下以后，计数器首先开始计数，当计数值不满足时，计数器清零并等待下一次按键按下。当计数值满足以后，才会输出一个时钟周期的尖峰脉冲，而按键次数寄存器sum也会在尖峰脉冲的作用下开始累加。每次按键按下，只会出现一次尖峰脉冲，说明我们的设计是正确的。 注：本设计中，我们只是消除了按键按下时候的抖动，而按键放开时候的抖动我们并没有处理，梦翼师兄希望大家可以自行将改代码填充完整。
| 
0
/6 
工商网监
湘ICP备2023018690号
2166
淘帖
