【特权FPGA】之按键消抖
完整代码如下所示：
`timescale 1ns / 1ps
// Company:
// Engineer: 特权
//
// Create Date:
// Design Name:
// Module Name:
// Project Name:
// Target Device:
// Tool versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
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//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; // 20ms滤除抖动
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 ;
assign key_an = key_rst_r & (~key_rst);
/*
key_rst 1 1 1 0 0 1
~key_rst 0 0 0 1 1 0
key_rst_n _ 1 1 1 0 0 1
key_an 0 0 1 0 0
*/
//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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;// 按键消抖代码核心
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，之所以这样设计，人按下按键通常至少也要几百毫秒的时间，这20ms的时间窗口内，什么也不需要做。
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;
/*
low_sw 111 111 111 110 110 110
~low_sw 000 000 000 001 001 001
low_sw_r 111 111 111 110 110 110
led_ctrl 000 000 000 001 000 000
*/
//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
边沿检测
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 ;
assign key_an = key_rst_r & (~key_rst);
/*
key_rst 1 1 1 0 0 1
~key_rst 0 0 0 1 1 0
key_rst_n _ 1 1 1 0 0 1
key_an 0 0 1 0 0
*/key_rst_n的数据延迟了一个时钟周期。
知识点1：
按位与（&）：
2个多位操作数按位进行与运算，各位的结果按顺序组成一个新的多位数。例如，a=2’b10，b=2’b11，则a&b的结果为2’b10；[1]
知识点2：
设置两个寄存器，对前一状态和后一状态进行寄存，若前后两个状态不同，则检测到了边沿。对于上升沿和下降沿的确定可以用组合逻辑比较来确定。若前一状态D[1]为高电平，后一状态D[0]为低电平，则为下降沿，反之为上升沿。[2]
当然，TQ老师用的方法不一样，道理是相同的。个人推荐文献2中提到的办法。要注意的是，后者是双边沿检测。
//设置两个寄存器，实现前后电平状态的寄存
//相当于对dat_i 打两拍
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n == 1'b0)begin
D <= 2'b00;
end
else begin
D <= {D[0], data}; //D[1]表示前一状态，D[0]表示后一状态（新数据）
end
end
//组合逻辑进行边沿检测
assign pos_edge = ~D[1] & D[0];
assign neg_edge = D[1] & ~D[0];
assign data_edge = pos_edge | neg_edge;
接下来是核心代码。按键按下了，计数器清零，等待20ms,然后再把按键值输出给led灯。
//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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;// 按键消抖代码核心
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，之所以这样设计，人按下按键通常至少也要几百毫秒的时间，这20ms的时间窗口内，什么也不需要做。
low_sw <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};
//---------------------------------------------------------------------------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;参考文献
[1]FPGA_Verilog基础篇：verilog基本逻辑运算_verilog两组多位宽信号相与-CSDN博客
[2]FPGA基础学习——Verilog实现的边沿检测（上升沿下降沿检测）及Modelsim仿真_verilog 上升沿检测-CSDN博客