《FPGA全程进阶---实战演练》第七章让按键恢复平静

1基础理论部分

A：“怎么按键按下去之后，结果不正常？”，B：“按键你消抖了吗？”A：“消什么抖，还要消抖？”， B：“先检测按键变化，然后消抖过滤波动信号，最后输出稳定信号”，A：“我好像漏掉了什么。。。。。”。

正如上述所说，小小一个按键，里面学问也是较多的。对于按键，无论您是学什么开发板或者用什么开发板或者自己开发板子，按键资源是必不可少的，可能是整个工程中算是用到比较多的，这也是人机工程交互最直接的一个例子。下图7.1是一个常用的按键。

图7.1 按键

在使用的按键中，用的最多的是机械弹性按键，当机械触点断开，闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关不会马上稳定地接通，断开时也不会一下子断开，所以这导致人在按键的过程中，会导致一连串的抖动，这样的抖动如果不及时处理，若是被捕获到，那么危害也是可想而知的。如图7.2是一个抖动的直观图。

图7.2 按键抖动

由按键的机械特性决定，一般为5~10ms，为了保持最大稳定，可以选择10ms，这足以应对正常人按键的频率了。按键消抖有两种方法，一种是硬件消抖，一种是软件消抖；图7.3是硬件消抖电路，利用两个与非门的组合电路被称为双稳态电路，经过双稳态电路可以输出稳定的波形，起到滤波作用。

在数字系统中，一般常用软件消抖，这个带来的好处是可以节约PCB的成本和空间，利用软件消抖只需一个延时操作即可，操作不麻烦。

图7.3 硬件消抖

2 Verilog代码实现部分

按照图7.4中所示的，可以进行10ms延时即可，对于人的按键完全满足要求。

图7.4 延时示意图

实现步骤：按键检测------延时------输出有效键值

封装之后的模块端口声明：

端口名	功能	值
clk	时钟	50MHz
rst_n	复位	初始为0
key_in	输入按键	初始值全为高电平
key_valid	输出有效值	按下的按键为高电平，其他为低电平
key_flag	输出使能值,作为和下一个模块沟通的	高电平

注意这种模块的书写格式，可以很方便的去更改相关的参数，达到最大化的移植。只需更改key_width就可以进行对按键数目的更改。

在进行计数的时候，有相应的条件，即当有键按下时才会计数，否则停止计数，这样可以节省资源。

产生使能部分，方便对下一个模块的使能，能够进行良好的沟通。

3 Modelsim仿真部分

3.1 Testbench测试脚本程序：

上述仍然是时钟和复位task模块。

上述是模仿按键抖动的测试程序,70行到79行模拟按键刚按下时的抖动，80行输出稳定值，紧接着81行到93行是松开时抖动的情况。

上述是运行各个模块，并输入模拟按键值。

3.2 仿真结果：

图7.5是仿真结果图，可以看到捕获到的有效信号和捕获使能信号，最终按键松开所有值恢复到高阻态。图7.6是脚本测试输出文件。

图7.5 仿真结果

图7.6 测试脚本输出

4 联合测试部分

对于按键测试部分，将前面的LED部分和本节的按键进行连接即可，由按键产生的有效信号没有直接送给LED模块，而是加入一个LED_control模块用来对按键操纵LED的编码，实现的功能是按键按下LED发光，再次按下，熄灭。此部分代码在EX5_LED中。

按键key_valid信号接入led_control模块。

上述是实现按键对LED的编解码操作。

在key_led_top模块将各个信号进行连接。最终实现的RTL视图如下图7.7所示.

图7.7 RTL视图