【紫光同创国产FPGA教程】【第六章】PDS下按键消抖实验

原创声明：

本原创教程由芯驿电子科技（上海）有限公司（ALINX）创作，版权归本公司所有，如需转载，需授权并注明出处（http://www.alinx.com）。

适用于板卡型号：

PGL22G/PGL12G

1. 文档简介

本文主要讲解按键消抖原理及程序编写，程序实现按键按下后数字加1，并在led出来，通过PDS软件编译调试。

2. 实验环境

• Windows 10 64位

• Pango Design Suite 2020.3

• 开发板

3. 实验原理

按键做为基本的人机输入接口，在很多电子设计中都能见到，由于机械特性，在按键按下或松开的时候，按键输入值是有抖动的，无论按下去是多平稳，都难以消除抖动，按键消抖方式有很多，本实验主要是通过FPGA计时来消抖。实验中设计了一个计数器，当按键输入有变化时，计时器清零，否则就累加，直到加到一个预定值（例如10ms），就认为按键稳定，输出按键值，这样就得到以后没有抖动的按键值。由于在很多地方需要用到按键下降沿或上升沿的检测，按键消抖模块直接集成了上升沿和下降沿检测的功能。

 

 

4. 程序设计

如下图所示，通过按键消抖后，在按键按下时，十进制计数器加1，通过数码管译码扫描后显示出来。

 

 

按键消抖部分的原理在上节已经讲过，按键消抖部分代码写的非常精炼，阅读起来稍显费解，建议结合仿真波形去读代码。在提供的例程文件下的src文件夹中同时提供了仿真文件key_debounce_tb.v，可以通过添加仿真文件来进行仿真观察代码中信号的变化

信号名称	方向	说明
clk	in	时钟输入
rst_n	in	异步复位输入，低复位
button_in	in	按键输入
button_posedge	out	消抖后按键上升沿，高有效，1个时钟周期
button_negedge	out	消抖后按键下升沿，高有效，1个时钟周期
button_out	out	消抖后按键输出

按键消抖模块（ax_debounce）端口

LED显示部分在本章不做说明，就例程中按键消抖模块“ax_debounce”模块做一些讲解，模块中通过了两级D触发器来寄存键值，只有当键值稳定时才将键值输出。我们可以看到在assign赋值语句中有一条“assign a_reset=（DFF1 ^ DFF2）”，学过数字威廉希尔官方网站 的应该都知道“ ^ ”是异或运算符，运算符两边相同运算结果为0， 不同运算结果为1。在程序中DFF1和DFF2比较运算后的值通过“assign”赋给“a_reset”表示比较锁存键值的前后两级寄存器的值是否一致，只有前后两级寄存器的值一致，也就是a_reset的值为0时才表示当前锁存的键值没有变化。当计数器累加到“TIMER_MAX_VAL”，表示锁存的键值已经稳定可以输出。另外在模块中我们可以看到“{.......}”符号，要注意这可不是大括号，这表示位拼接运算符，其作用是将运算符内的两位，或是多位信号拼接在一起，具体用法请参考例程。

最后，程序中需要说明的是“button_posedge”和“button_negedge”两个输出信号，这是一种常用的上升沿和下降沿的采集方法，其描述的RTL视图如下：

 

 

当然还有其他的边沿检测威廉希尔官方网站 的描述方法，但是其基本原理都是在逻辑时序威廉希尔官方网站 里先将需要检测的信号作为输入非阻塞赋值给一个自定义寄存器，通过判断前后两级寄存器的值来判断是上升沿或是下降沿，由0 ->1 变化是上升沿，由1 -> 0变化是下降沿；

5. Modelsim仿真

$random生成随机数模拟按键抖动，按下按键对应输出二进制数据加一。按键的按下和释放经消抖后会得到一个稳定的下降沿和上升沿。仿真结果和部分仿真文件如下图所示：

 

 

button_negedge为按键经过消抖后按键的下降沿，button_posedge为按键经过消抖后按键的上升沿。

6. 实验现象

开发板上电后下载程序，按下“KEY2”按键，可以看到4个LED会变化，对应二进制数据，按一次加一，如果不经过消抖，是无法实现按一次加一的。

 

 

开发板操作