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--- 7._按键消抖 [2017/03/05 23:09]
zhijun
+++ 7._按键消抖 [2021/10/03 01:25]
gongyu
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-=====按键消抖=====
+## 按键消抖
 在之前的实验中我们学习了如何用按键作为FPGA的输入控制，在本实验中将学习如何进行按键消抖，用按键完成更多的功能。
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-====硬件说明====
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+### 1. 硬件说明
 按键是一种常用的电子开关，电子设计中不可缺少的输入设备。当按下时使开关导通，松开时则开关断开，内部结构是靠金属弹片来实现通断。
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-要消除按键的抖动，我们需要去扫描按键，也就是不断的去采集按键的状态。软件消抖时我们一般只考虑按键按下时的抖动，而放弃对释放时抖动的消除。在FPGA里有两种去抖思路：
+要消除按键的抖动，我们需要去扫描按键，也就是不断的去采集按键的状态。软件消抖时我们一般只考虑按键按下时的抖动，而放弃对释放时抖动的消除。用系统时钟（频率较高）去采集按键状态，当检测到按下时用计数器延时20ms，再去检测按键状态，如果这时仍为按下状态，确认是一次按下动作，否侧的话认为无按键按下。如何检测按键状态变化就需要用到脉冲边沿检测的方法。
-\\
-）用系统时钟（频率较高）去采集按键状态，当检测到按下时用计数器延时20ms，再去检测按键状态，如果这时仍为按下状态，确认是一次按下动作，否侧的话认为无按键按下。\\
-）把系统时钟分频产生一个周期为20ms时钟，用这个时钟去检测按键状态，如果检测到按下则认为是一次按键按下动作。
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+### 2. Verilog代码
+本实验主要通过按键来控制led的翻转，当按下一次led变亮，再按下一次led变暗。首先我们做个试验，对按键不做处理通过按键来控制led翻转。
+<code verilog>
+// ********************************************************************
+// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
+// ********************************************************************
+// File name    : top.v
+// Module name  : top
+// Author       : STEP
+// Description  : control led through the button
+// Web          : www.stepfpga.com
+//
+// --------------------------------------------------------------------
+// Code Revision History :
+// --------------------------------------------------------------------
+// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
+// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
+// --------------------------------------------------------------------
+// Module Function:按键控制led翻转，未做消抖
+module top(
+		key,          //按键输入
+		rst,          //复位输入
+		led           //led输出
+		);
+	input key,rst;
+	output reg led;
+	always @(key or rst)
+		if (!rst)             //复位时led熄灭
+			led = 1;
+		else if(key == 0)
+			led = ~led;   //按键按下时led翻转
+		else
+			led = led;
+endmodule
+</code>
+\\
+未经过消抖的程序下载到小脚丫上会发现按键有时不能够控制led翻转，这是因为按键的抖动造成了led状态变化不可控，所以我们必须将抖动消除。下面是一种延时去抖的程序
+<code verilog>
+// ********************************************************************
+// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
+// ********************************************************************
+// File name    : debounce.v
+// Module name  : debounce
+// Author       : STEP
+// Description  :
+// Web          : www.stepfpga.com
+//
+// --------------------------------------------------------------------
+// Code Revision History :
+// --------------------------------------------------------------------
+// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
+// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
+// --------------------------------------------------------------------
+// Module Function:按键消抖
+module debounce (clk,rst,key,key_pulse);
+        parameter       N  =  1;                      //要消除的按键的数量
+	input             clk;
+        input             rst;
+        input 	[N-1:0]   key;                        //输入的按键
+	output  [N-1:0]   key_pulse;                  //按键动作产生的脉冲
+        reg     [N-1:0]   key_rst_pre;                //定义一个寄存器型变量存储上一个触发时的按键值
+        reg     [N-1:0]   key_rst;                    //定义一个寄存器变量储存储当前时刻触发的按键值
+        wire    [N-1:0]   key_edge;                   //检测到按键由高到低变化是产生一个高脉冲
+        //利用非阻塞赋值特点，将两个时钟触发时按键状态存储在两个寄存器变量中
+        always @(posedge clk  or  negedge rst)
+          begin
+             if (!rst) begin
+                 key_rst <= {N{1'b1}};                //初始化时给key_rst赋值全为1，{}中表示N个1
+                 key_rst_pre <= {N{1'b1}};
+             end
+             else begin
+                 key_rst <= key;                     //第一个时钟上升沿触发之后key的值赋给key_rst,同时key_rst的值赋给key_rst_pre
+                 key_rst_pre <= key_rst;             //非阻塞赋值。相当于经过两个时钟触发，key_rst存储的是当前时刻key的值，key_rst_pre存储的是前一个时钟的key的值
+             end
+           end
+        assign  key_edge = key_rst_pre & (~key_rst);//脉冲边沿检测。当key检测到下降沿时，key_edge产生一个时钟周期的高电平
+        reg	[17:0]	  cnt;                       //产生延时所用的计数器，系统时钟12MHz，要延时20ms左右时间，至少需要18位计数器
+        //产生20ms延时，当检测到key_edge有效是计数器清零开始计数
+        always @(posedge clk or negedge rst)
+           begin
+             if(!rst)
+                cnt <= 18'h0;
+             else if(key_edge)
+                cnt <= 18'h0;
+             else
+                cnt <= cnt + 1'h1;
+             end
+        reg     [N-1:0]   key_sec_pre;                //延时后检测电平寄存器变量
+        reg     [N-1:0]   key_sec;
+        //延时后检测key，如果按键状态变低产生一个时钟的高脉冲。如果按键状态是高的话说明按键无效
+        always @(posedge clk  or  negedge rst)
+          begin
+             if (!rst)
+                 key_sec <= {N{1'b1}};
+             else if (cnt==18'h3ffff)
+                 key_sec <= key;
+          end
+       always @(posedge clk  or  negedge rst)
+          begin
+             if (!rst)
+                 key_sec_pre <= {N{1'b1}};
+             else
+                 key_sec_pre <= key_sec;
+         end
+       assign  key_pulse = key_sec_pre & (~key_sec);
+endmodule
+</code>
+\\
+以上就是一个N位按键的消抖程序，如果有按键按下会输出一个时钟周期的高脉冲。下面我们可以试试用这个按键消抖的输出来触发LED的显示，既按键一次LED翻转。你也可以不加按键消抖试试用按键来控制LED（按一次变亮，再按一次灭掉）。
+\\
+下面的程序是例化调用debounce模块来控制LED
+\\
+<code verilog>
+// ********************************************************************
+// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
+// ********************************************************************
+// File name    : top.v
+// Module name  : top
+// Author       : STEP
+// Description  :
+// Web          : www.stepfpga.com
+//
+// --------------------------------------------------------------------
+// Code Revision History :
+// --------------------------------------------------------------------
+// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
+// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
+// --------------------------------------------------------------------
+// Module Function:进过按键消抖后控制led显示翻转
+module top (clk,rst,key,led);
+        input             clk;
+        input             rst;
+        input 	          key;
+	output   reg      led;
+        wire              key_pulse;
+        //当按键按下时产生一个高脉冲，翻转一次led
+        always @(posedge clk  or  negedge rst)
+           begin
+             if (!rst)
+		led <= 1'b1;
+	     else if (key_pulse)
+		led <= ~led;
+	     else
+                led <= led;
+	   end
+         //例化消抖module，这里没有传递参数N，采用了默认的N=1
+         debounce  u1 (
+                       .clk (clk),
+                       .rst (rst),
+                       .key (key),
+                       .key_pulse (key_pulse)
+                       );
+ endmodule
+</code>
+\\
+### 3. 引脚分配
+设置好复位键可消抖的按键，编译完成后下载，通过按键就可以翻转LED。你也可以定义多个按键控制多个LED，还可以比较不加按键消抖情况下实际的效果对比如何。
+\\
+^信号            ^引脚             ^
+|clk             |C1               ^
+|rst             |L14              ^
+|key             |N14             ^
+|led             |N13              ^
+### 4. 小结
+在本实验学习了如何进行按键的消抖。在很多应用情况下我们必须采取消抖才能更好地控制逻辑。在下一个实验[[8. 计时控制|计时控制]]中我们将学习计时的显示和控制，在这里我们要用到按键的消抖以及数码管，我们甚至可以用小脚丫做一个计时器甚至电子表。