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FPGA学习之按键篇

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前言

按键作为FPGA最基本的外设，由于按键的机械特性，按键被按下后会发生抖动，影响FPGA对输入电平信号的采集，所以我们要对输入的按键信号进行消抖处理，才能得到稳定的按键触发信号。

一、按键抖动与消抖原理

如下图所示，按键按下后会有一段时间的抖动，称为抖动前沿，中间为稳定时期，持续时间为20ms左右，弹起时也会有一段抖动，称为抖动后沿。要想稳定读取按键信号，需要避开抖动前沿，采集中间的稳定状态，这时需要定义一个计数器来检测中间的稳定状态。当检测到按键引脚电平变化时开始计数，如果遇到按键抖动，则把计数器归零，在稳定时期才能计数到最大值（设定为20ms），这时就输出一个周期的按键触发信号，表示按键已经按下。
在这里插入图片描述

按键抖动示意图

二、代码编写

module key_debounce(
	input sys_clk,    //50MHz系统时钟
	input rst_n,	  //系统复位
	input key_in,     //按键输入
	output reg led	      //LED输出
);
parameter CNT_MAX  = 24'd10000000;  // 50MHz时钟下计数20ms
reg [23:0] cnt;
always @(posedge sys_clk or negedge rst_n) begin
	if(!rst_n)
		cnt <= 24'd0;
	else if(key_in == 1'b0)
		if(cnt <= CNT_MAX )
			cnt <= cnt  + 1'b1;
		else
			cnt <= cnt ;
	else 
		cnt <= 24'd0;
end

always @(posedge sys_clk or negedge rst_n) begin
	if(!rst_n)
		led <= 1'b0;
	else if(cnt == CNT_MAX - 1'b1)
		led <= ~led;
	else 
		led <= led;
end

三、代码分析

计数器cnt的位宽大小与时钟频率有关，50MHz时钟频率下计数20ms，计数最大值为10^6，代码中采用cnt == CNT_MAX - 1’b1来翻转led保证一次按键触发只会翻转一次。
如果要输出触发信号，只需对代码做如下更改即可

reg key_flag;
always@(posedge sys_clk or negedge rst_n)
	if(!rst_n)
		key_flag <= 1'b0;
	else if(cnt == CNT_MAX - 1'b1)
		key_flag <= 1'b1;
	else
		key_flag <= 1'b0;

四、总结

学习了按键抖动和消抖原理，本代码可以轻松的从一位按键扩展到多位按键。
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
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