基于verilog按键消抖设计

基于verilog按键消抖设计

关于键盘的基础知识，我就以下面的一点资料带过，因为这个实在是再基础不过的东西了。 然后我引两篇我自己的博文，都是关于按键消抖的，代码也正是同目录下project里的。这两篇博文都是ednchina的博客精华，并且在其blog首页置顶多日，我想对大家会很有帮助的。

键盘的分类

键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的称为非编码键盘。

在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。也有用到编码键盘的。非编码键盘有分为：键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。

按键在闭合和断开时，触点会存在抖动现象：

从上面的图形我们知道，在按键按下或者是释放的时候都会出现一个不稳定

的抖动时间的，那么如果不处理好这个抖动时间，我们就无法处理好按键编码，所以如何才能有效的消除按键抖动呢？让下面的两篇博文日志给你答案吧。

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

经典的verilog键盘扫描程序

拿到威百仕( VibesIC )的板子后就迫不及待的开始我的学习计划，从最基础

的分频程序开始，但看到这个键盘扫描程序后，直呼经典，有相见恨晚的感觉，还想说一句：威百仕( VibesIC )，我很看好你！WHY？待我慢慢道来，这个程序的综合后是0error,0warning。想想自己编码的时候那个warning是满天飞，现在才明白HDL设计有那么讲究了，代码所设计的不仅仅是简单的逻辑以及时序的关系，更重要的是你要在代码中不仅要表现出每一个寄存器，甚至每一个走线。想想我写过的代码，只注意到了前者，从没有注意过后者，还洋洋自得以为自己也算是个高手了，现在想来，实在惭愧啊！学习学习在学习，这也重新激发了我对HDL设计的激情，威百仕给了我一个方向，那我可要开始努力喽！

废话说了一大堆，看程序吧：（本代码经过ise7.1i综合并下载到SP306板上

验证通过）

//当三个按键的某一个被按下后，相应的LED被点亮；再次按下后，LED熄灭，按键控制LED亮灭

`timescale 1ns/1ns

module keyscan( clk, rst_n, sw1_n, sw2_n, sw3_n, //output led_d3, led_d4, led_d5 );

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

input clk; //主时钟信号，48MHz

input rst_n; //复位信号，低有效

input sw1_n,sw2_n,sw3_n; //三个按键，低表示按下 output led_d3,led_d4,led_d5; //发光二极管，分别由按键控制

// ---------------------------------------------------------------------------

reg [19:0] cnt; //计数寄存器 always @ (posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n)

//异步复位

cnt <= 20'd0; else

cnt <= cnt + 1'b1;

reg [2:0] low_sw;

always @(posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n)

low_sw <= 3'b111;

else if (cnt == 20'hfffff) //满20ms，将按键值锁存到寄存器low_sw中 low_sw <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};

// ---------------------------------------------------------------------------

reg [2:0] low_sw_r; //每个时钟周期的上升沿将low_sw信号锁存到low_sw_r中

always @ ( posedge clk or negedge rst_n ) if (!rst_n)

low_sw_r <= 3'b111; else

low_sw_r <= low_sw;

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

//当寄存器low_sw由1变为0时，led_ctrl的值变为高，维持一个时钟周

期

wire [2:0] led_ctrl = low_sw_r[2:0] & ( ~low_sw[2:0]);

reg d1; reg d2; reg d3;

always @ (posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n) begin d1 <= 1'b0; d2 <= 1'b0; d3 <= 1'b0; end else begin

//某个按键值变化时，LED将做亮灭翻转 if ( led_ctrl[0] ) d1 <= ~d1; if ( led_ctrl[1] ) d2 <= ~d2; if ( led_ctrl[2] ) d3 <= ~d3; end

assign led_d5 = d1 ? 1'b1 : 1'b0; //LED翻转输出

assign led_d3 = d2 ? 1'b1 : 1'b0; assign led_d4 = d3 ? 1'b1 : 1'b0; endmodule

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

也许初看起来这段代码似乎有点吃力，好多的always好多的wire啊，而我

们通常用得最多的判断转移好像不是主流。的确是这样，一个好的verilog代码，用多个always语句来分摊一个大的always来执行，会使得综合起来更快，这也是接前两篇日志说到代码优化的一个值得学习的方面。其次是wire连线很多，你要是仔细研究代码，不难发现所有的锁存器的连线关系编程者都考虑到了，这样就不会平白无故的生成意想不到的寄存器了，这也是一个优秀代码的必备要素。

上面说的是代码风格，下面就看程序的编程思想吧。前两个always语句里其

实是做了一个20ms的计数，每隔20ms就会读取键值，把这个键值放到寄存器low_sw中，接下来的一个always语句就是把low_sw的值锁存到low_sw_r里，这样以来，low_sw和low_sw_r就是前后两个时钟周期里的键值了，为什么要这样呢？看下一个语句吧：

wire [2:0] led_ctrl = low_sw_r[2:0] & ( ~low_sw[2:0]);

仔细分析，你会发现当没有键按下时，low_sw=low_sw_r=3’b111，此时的

led_ctrl=3’b000；只有当low_sw和low_sw_r的某一位分别为0和1时，才可能使led_ctrl的值改变（也就是把led_ctrl的某一位拉高）。那么这意味着当键值由1跳变到0时才可能把led_ctrl拉高。回顾前面的20ms赋键值，也就是说每20ms内如果出现按键被按下，那么有一个时钟周期里led_ctrl是会被拉高的，而再看后面的程序，led_ctrl的置高就使得相应的LED灯的亮灭做一次改变，这就达到了目的。

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

verilog键盘扫描程序之debug

上次的日志《经典的verilog键盘扫描程序》承蒙厚爱，已成博客精华，在EDN

博客主页置顶多日。但是我发现那个经典程序还是存在一点点小bug，且听我慢慢道来。

先放上仿真波形来说明一下问题吧：

仿真说明：由于20ms检测一次按键值对于仿真来说太长了，所以只假定16

个主时钟周期就做一次检测（也就是cnt[3]的下降沿锁存键值）。

图1，sw1_n被按下（拉底）大约5个时钟周期（<16）,而此时与其相应的

led_d5却改变状态了。说明的问题是，大多数时候按键消抖其实是到不了20ms的。

其实这个小bug通常在下载后，测试键盘是不会有什么感觉的。但是问题是，如果真的出现那种抖动在20ms以内（甚至远小于20ms）的外部干扰存在时，这个bug就不可忽视了。

因此，在原程序的基础上，做了如下的改进。其思想是在每个主时钟（50MHz）周期里都进行一次按键检测，如果前后两次键值改变了，说明有可能键盘被按下了，此时，在下一个时钟周期将复位20ms计数值，然后20ms后重新锁存键值，其它的和原程序基本相同，这样就达到了真正意义上的20ms消抖。

重新修改代码后的仿真波形如下：

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

图2，可以看到此时在不满16个时钟周期的键值变化是不会然led做出变化的。

图3，按键sw3_n的按下时间明显超过了16个时钟周期，那么在cnt重新记

到16个时钟周期后，led_d4就做出了改变。

重新修改后的代码如下：

//当三个按键的某一个被按下后，相应的LED被点亮；再次按下后，LED熄灭，按键控制LED亮灭

`timescale 1ns/1ns

module keyscan( clk, rst_n, sw1_n, sw2_n, sw3_n, //output led_d3, led_d4, led_d5 );

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

input clk; //主时钟信号，48MHz input rst_n; //复位信号，低有效 input sw1_n,sw2_n,sw3_n; //三个按键，低表示按下 output led_d3,led_d4,led_d5; //发光二极管，分别由按键控制 // --------------------------------------------------------------------------- reg [2:0] key_rst; always @(posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n) key_rst <= 3'b111; else

key_rst <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};

reg [2:0] key_rst_r; //每个时钟周期的上升沿将low_sw信号锁存到low_sw_r中

always @ ( posedge clk or negedge rst_n ) if (!rst_n) key_rst_r <= 3'b111; else

key_rst_r <= key_rst; //当寄存器key_rst由1变为0时，led_an的值变为高，维持一个时钟周期 wire [2:0] key_an = key_rst_r & ( ~key_rst); // ---------------------------------------------------------------------------

reg [19:0] cnt; //计数寄存器

always @ (posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n) //异步复位 cnt <= 20'd0; else if(key_an) cnt <=20'd0; else cnt <= cnt + 1'b1;

reg [2:0] low_sw; always @(posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n)

low_sw <= 3'b111; else if (cnt == 20'hfffff) //满20ms，将按键值锁存到寄存器low_sw中 cnt == 20'hfffff low_sw <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n}; // ---------------------------------------------------------------------------

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BJ-EPM240V2学习板实验说明

reg [2:0] low_sw_r; //每个时钟周期的上升沿将low_sw信号锁存到low_sw_r中

always @ ( posedge clk or negedge rst_n ) if (!rst_n)

low_sw_r <= 3'b111; else

low_sw_r <= low_sw; //当寄存器low_sw由1变为0时，led_ctrl的值变为高，维持一个时钟周期

wire [2:0] led_ctrl = low_sw_r[2:0] & ( ~low_sw[2:0]);

reg d1; reg d2; reg d3;

always @ (posedge clk or negedge rst_n) if (!rst_n) begin d1 <= 1'b0; d2 <= 1'b0; d3 <= 1'b0; end else begin //某个按键值变化时，LED将做亮灭翻转 if ( led_ctrl[0] ) d1 <= ~d1; if ( led_ctrl[1] ) d2 <= ~d2; if ( led_ctrl[2] ) d3 <= ~d3; end

assign led_d5 = d1 ? 1'b1 : 1'b0; //LED翻转输出 assign led_d3 = d2 ? 1'b1 : 1'b0; assign led_d4 = d3 ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule

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