FPGA-09-独立按键的消抖（软件消抖未用状态机）

独立按键消抖在单片机和FPGA中都是个不可避免的问题，首先，解释一下什么叫做按键抖动，如图，按键在按下和松开的那个瞬间存在大概20ms的机械抖动：

　　下面就是本篇的第一个重点 —— 什么时候需要按键消抖设计？如果是像复位按键这样，短时间内可以多次触发，就完全不需要设计消抖，但是如果是要设计按下按键使LED状态翻转，或者按下按键计数一次的话，就必须要设计消抖模块，否则就会带来不可预知的错误，因为在按下按键的那个时刻，可能已经触发了少则几次，多则几十次，可见按键消抖的必要性；

　　那么，既然按键消抖如此重要，如何来进行消抖呢？

　　1、硬件消抖 —— 0.1uF电容滤波

　　　　这个104的电容就是起高频滤波的作用，在按键不是很多的情况下，可以使用这种设计，但是如果要做项目，会增加大量成本，所以接下来我们讲述如何进行软件消抖；

　　2、软件消抖 —— delay

if(key_in == 0)
{
    deley(2000);
    if(key_in == 0)
    {
         //按键按下，执行相应操作 
     }   
}

　　在单片机中用C语言，可以这样设计按键消抖，同样的思路，在FPGA中，我们依然可以采用这种思想，将按键的这20ms抖动“屏蔽”，但是FPGA没有delay（2000），该如何设计呢？

　　FPGA中控制延时可以采用计数器，因为工作时钟是已知的50M，所以要延时20_000_000ns（20ms），只需要对计数1_000_000个clk就可以，这样延时问题就解决了，按照之前的思路，设计如下：只需要在检测到key_in变为0，启动定时器，定时器时间到，再次检测key_in是否为0，若为0，表明按键按下稳定，关闭计数器并清零，然后等待按键释放，也就是key_in出现上升沿，再次启动定时器，时间到后检测key_in，若为1，则证明按键已释放，一次完整的按键过程结束。

module keys(ext_clk_25m,ext_rst_n,led,key_left,key_righ,key_upup,key_down,key_entr
    );
	input ext_clk_25m;
	input ext_rst_n;
	input key_down,key_entr,key_left,key_righ,key_upup;
	
	output reg [7:0]led;

抖动判断逻辑

这里用4位是为了和采样频率和基准时钟一致

//按键抖动判断逻辑
	wire key;  //所有的按键相与的结果，用于按键触发判断
	
	reg[3:0]keyr ; //按键值key的缓冲寄存器
	assign key =key_down & key_entr&key_left&key_righ&key_upup;
	
	always@(posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
	begin
		if(!ext_rst_n)
			keyr <=4'b1111;
		else
			keyr <={keyr[2:0],key};
	end
	
	wire key_neg =~keyr[2] &keyr [3];//有按键被按下
	wire key_pos =keyr[2] &~keyr [3];//	有按键被释放

设置一个计数器定时20ms（这里是40ms）

//定时器计数逻辑，用于对按键的消抖的判断
	reg [19:0] cnt;
	always@(posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
	begin
		if(!ext_rst_n)
			cnt <=20'd0;
		else if(key_pos||key_neg)
			cnt <=20'd0;
		else if(cnt <20'd999_999)
			cnt <= cnt +1'b1;
		else
			cnt <=20'd0;
	end

采集按键值

	//定时采取按键值
	always@(posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
	begin
		if(!ext_rst_n)
		begin
			key_value[0] <=5'b11111;
			key_value[1] <=5'b11111;
		end
		else begin
			key_value[1] <=key_value[0];
			if(cnt ==20'd999_999)
				key_value[0] <={key_left,key_righ,key_upup,key_down,key_entr};
			else ;
		end	
	end
	wire [4:0]key_press =key_value[1] & ~key_value[0];

控制LED

	//LED切换控制
	always@(posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)
	begin
		if(!ext_rst_n)
			led <=8'hff;
		else if(key_press[0])
			led[0] <=~led[0];
		else if(key_press[1])
			led[1] <=~led[1];
		else if(key_press[2])
			led[2] <=~led[2];
		else if(key_press[3])
			led[3] <=~led[3];
		else if(key_press[4])
			led[4] <=~led[4];
		else ;
	end
endmodule

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