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Altera MAX10: 按鍵消抖

行業(yè)動態(tài) | 2023-11-09 09:40:08 | 作者

在之前的實驗中我們學習了如何用按鍵作為FPGA的輸入控制，在本實驗中將學習如何進行按鍵消抖，用按鍵完成更多的功能。

按鍵是一種常用的電子開關(guān)，電子設(shè)計中不可缺少的輸入設(shè)備。當按下時使開關(guān)導通，松開時則開關(guān)斷開，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是靠金屬彈片來實現(xiàn)通斷。按鍵抖動的原理

抖動原理

抖動的產(chǎn)生：通常的按鍵所用的開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象而作的措施就是按鍵消抖。
消除抖動的措施：一般我們采用軟件方法消抖。即檢測到按鍵按下動作之后進行10ms~20ms左右的延時，當前沿的抖動消失之后再一次檢測按鍵的狀態(tài)。如果仍然是按下的電平狀態(tài)，則認為這是一次真正的按鍵按下；同樣檢測到按鍵釋放，也要做10ms~20ms延時，檢測到后沿抖動消失后認為是一個完整的按鍵彈起過程。
消抖的好處：執(zhí)行按鍵消抖有兩個好處，

消除誤觸發(fā)：我們想通過按鍵來翻轉(zhuǎn)信號（例如按下一次led亮，在按一次led滅），如果沒有進行消抖，則會產(chǎn)生很多誤觸發(fā)造成不必要的翻轉(zhuǎn)。
記錄按鍵次數(shù)：執(zhí)行按鍵消抖可以讓我們記錄按鍵動作的次數(shù)，在很多應(yīng)用里這非常有用。

在點亮LED實驗中我們知道了小腳丫板子上按鍵的設(shè)計，當按鍵未被按下時，連接到FPGA管腳認為是高電平；當按鍵被按下時，連接到FPGA管腳認為是低電平。

要消除按鍵的抖動，我們需要去掃描按鍵，也就是不斷的去采集按鍵的狀態(tài)。軟件消抖時我們一般只考慮按鍵按下時的抖動，而放棄對釋放時抖動的消除。用系統(tǒng)時鐘（頻率較高）去采集按鍵狀態(tài)，當檢測到按下時用計數(shù)器延時20ms，再去檢測按鍵狀態(tài)，如果這時仍為按下狀態(tài)，確認是一次按下動作，否側(cè)的話認為無按鍵按下。如何檢測按鍵狀態(tài)變化就需要用到脈沖邊沿檢測的方法。

脈沖邊沿檢測

檢測按鍵按下時要用到脈沖邊沿檢測的方法，捕捉信號的突變、捕捉時鐘的上升下降沿等經(jīng)常會用到這種方法。簡單地說就是用一個頻率更高的時鐘去觸發(fā)要檢測的信號，用兩個寄存器去儲存相鄰兩個時鐘采集到的值，然后進行異或運算，如果不為零，代表發(fā)生了上升沿或者下降沿。

在按鍵消抖的過程中，同樣運用了脈沖邊沿檢測。用兩個寄存器儲存相鄰時鐘采集的值（例如datapre,data）,然后將data取反與前一個值相與（state=datapre&（~data））,如果為1，則判斷有下降沿既按鍵按下由高到低；否則無變化。將一個信號由連續(xù)時鐘采集，相鄰兩個鐘觸發(fā)的值存入兩個寄存器。理解verilog實現(xiàn)這個過程要充分了解其中的非阻塞賦值。

本實驗主要通過按鍵來控制led的翻轉(zhuǎn)，當按下一次led變亮，再按下一次led變暗。首先我們做個試驗，對按鍵不做處理通過按鍵來控制led翻轉(zhuǎn)。

未經(jīng)過消抖的程序下載到小腳丫上會發(fā)現(xiàn)按鍵有時不能夠控制led翻轉(zhuǎn)，這是因為按鍵的抖動造成了led狀態(tài)變化不可控，所以我們必須將抖動消除。下面是一種延時去抖的程序

//******************************************************************** //>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>COPYRIGHTNOTICE<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< //******************************************************************** //Filename:debounce.v //Modulename:debounce //Author:STEP //Description: // //-------------------------------------------------------------------- //CodeRevisionHistory: //-------------------------------------------------------------------- //Version:|Mod.Date:|ChangesMade: //V1.0|2017/03/02|Initialver //-------------------------------------------------------------------- //ModuleFunction:按鍵消抖 moduledebounce(clk,rst,key,key_pulse); parameterN=1;//要消除的按鍵的數(shù)量 inputclk; inputrst; input [N-1:0]key;//輸入的按鍵 output[N-1:0]key_pulse;//按鍵動作產(chǎn)生的脈沖 reg[N-1:0]key_rst_pre;//定義一個寄存器型變量存儲上一個觸發(fā)時的按鍵值 reg[N-1:0]key_rst;//定義一個寄存器變量儲存儲當前時刻觸發(fā)的按鍵值 wire[N-1:0]key_edge;//檢測到按鍵由高到低變化是產(chǎn)生一個高脈沖 //利用非阻塞賦值特點，將兩個時鐘觸發(fā)時按鍵狀態(tài)存儲在兩個寄存器變量中 always@(posedgeclkornegedgerst) begin if(!rst)begin key_rst<={N{1'b1}};//初始化時給key_rst賦值全為1，{}中表示N個1 key_rst_pre<={N{1'b1}}; end elsebegin key_rst<=key; //第一個時鐘上升沿觸發(fā)之后key的值賦給key_rst,同時key_rst的值賦給key_rst_pre key_rst_pre<=key_rst; //非阻塞賦值。相當于經(jīng)過兩個時鐘觸發(fā)，key_rst存儲的是當前時刻key的值，key_rst_pre存儲的是前一個時鐘的key的值 end end assignkey_edge=key_rst_pre&(~key_rst); //脈沖邊沿檢測。當key檢測到下降沿時，key_edge產(chǎn)生一個時鐘周期的高電平 reg [17:0] cnt; //產(chǎn)生延時所用的計數(shù)器，系統(tǒng)時鐘12MHz，要延時20ms左右時間，至少需要18位計數(shù)器 //產(chǎn)生20ms延時，當檢測到key_edge有效是計數(shù)器清零開始計數(shù) always@(posedgeclkornegedgerst) begin if(!rst) cnt<=18'h0; elseif(key_edge) cnt<=18'h0; else cnt<=cnt+1'h1; endreg[N-1:0]key_sec_pre;//延時后檢測電平寄存器變量 reg[N-1:0]key_sec; //延時后檢測key，如果按鍵狀態(tài)變低產(chǎn)生一個時鐘的高脈沖。如果按鍵狀態(tài)是高的話說明按鍵無效 always@(posedgeclkornegedgerst) begin if(!rst) key_sec<={N{1'b1}}; elseif(cnt==18'h3ffff) key_sec<=key; end always@(posedgeclkornegedgerst) begin if(!rst) key_sec_pre<={N{1'b1}}; else key_sec_pre<=key_sec; end assignkey_pulse=key_sec_pre&(~key_sec); endmodule

以上就是一個N位按鍵的消抖程序，如果有按鍵按下會輸出一個時鐘周期的高脈沖。下面我們可以試試用這個按鍵消抖的輸出來觸發(fā)LED的顯示，既按鍵一次LED翻轉(zhuǎn)。你也可以不加按鍵消抖試試用按鍵來控制LED（按一次變亮，再按一次滅掉）。

下面的程序是例化調(diào)用debounce模塊來控制LED

設(shè)置好復位鍵可消抖的按鍵，編譯完成后下載，通過按鍵就可以翻轉(zhuǎn)LED。你也可以定義多個按鍵控制多個LED，還可以比較不加按鍵消抖情況下實際的效果對比如何。