一、按键消抖的原理

一般开发板上的按键都是机械按键，所以在按下的时候，会产生回弹的时刻，称为机械的弹性开关，这导致你按键按下但不一定真的按下了，按键弹起来了但不一定真的弹起来了，所以我们常常能看到这样的两幅图片
1.第一幅图是实际波形图，产生这样的毛刺

2.第二幅图是理想中的毛刺图

当然专业的术语还是的得看专业的，我这里只是笼统地讲一讲。

二、按键消抖的设计思路

按键消抖，顾名思义，就是当按键不再抖动的时候，整体的设计思路就是下降沿出现开始计数20ms，如果在计数20ms中又出现了一个上升沿，则计数清零，等待下一个下降沿，然后接着计数，反复如此，直到在20ms内未出现上升沿，算是真正的稳定了，也就是所谓的按键消抖了。

所以我们需要下降沿或者上升沿的检测，就拿下降沿来说，下降沿前一个周期的信号为低电平，后一个周期的信号为高电平，所以我们需要一些逻辑去判断这个是否为下降沿。

//下降沿
assign  n_edge = key_r0 & ~key_r1;

//上升沿
assign  p_edge = ~key_r0 & key_r1;

这里的key_r1与key_r0是一个信号，但是相差了一个周期，你想想，边沿就是信号在一个周期后的变化。

所以这个时候要借助打拍器了

何为打拍器，我也不能很好的告诉你，以我现在的水平只能告诉你打拍器是为了信号的稳定性，因为信号从0到1其实是有一个小斜坡的，如下图

在小斜坡上的值叫压摆率，中间的状态叫亚稳态，如果只取按下去的key的当前信号和key前一个周期信号，作为你检测边沿的条件，万一正好取在亚稳态上就不对了，所以需要借助打拍器，确保信号的稳定性，让数据更可靠。
然后第一个打拍是为了同步时钟信号，因为按键是异步信号，所以需要一个第一个打拍，当时钟周期为上升沿的时候，进行同步
具体参考:为什么需要打拍器

我们这里打三拍，也可以打两拍
这里按下复位键取-1，其实就是相当于2’b11，简单写法

// 对输入按键进行打拍，异步信号同步并检测边沿
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)beginkey_r0 <= -1;//负数以补码的方式存放，对原码取反加1key_r1 <= -1;key_r2 <= -1;end else begin key_r0 <= key_in;key_r1 <= key_r0;key_r2 <= key_r1;end
end

这里定义一个filter_flag，来判断下降沿的，如果是下降沿为1，不是则为0

//当检测到下降沿，filter_flag为1
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)beginfilter_flag <= 1'b0;end //检测到下降沿else if(n_edge)begin filter_flag <= 1'b1;end else if(end_cnt)beginfilter_flag <= 1'b0;endelse begin filter_flag <= filter_flag;end
end

对上一个模块的filter_flag标志来判断是否开始计数，如果出现下降沿的filter_flag标志开始计数，如果在计数中出现上升沿，则立马清零，计数的时间为20ms

//当检测到filter_flga为1的时候开始计数
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt <= 0;end else if(add_cnt)begin if(end_cnt || p_edge)begin cnt <= 0;endelse begin cnt <= cnt + 1;end endelse  begincnt <= cnt;end
end assign add_cnt = filter_flag;
assign end_cnt = add_cnt && cnt == DELAY_TIME-1;

最后一个模块是key_down的值，用来取最后抖动消除后并且计数达到20ms后稳定的key值，取的是最后一个周期的key_r2的值
（我也不知道为啥取key_r2的值，反正取最后一个就对了），
往后你就可以用这个稳定的key_down的值来使用

//key_down取的值是最后当前周期的key_r2值，是个稳定的值
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)beginkey_down <= 0;end else if(end_cnt)begin key_down <= ~key_r2;end else begin key_down <= 0;end
end

三、代码部分

这里定义一个常量KEY_W是按键个数，以后直接改变这个KEY_W的值来改变按键个数即可

module key_filter #(parameter KEY_W = 2,DELAY_TIME = 1_000_000)( input                             clk     ,input                              rst_n   ,input              [KEY_W-1:0]     key_in  ,output     reg     [KEY_W-1:0]     key_down
);  //计数器
reg     [19:0]      cnt;
wire                add_cnt;
wire                end_cnt;// 标志信号
reg                 filter_flag; reg      [KEY_W-1:0]  key_r0;
reg      [KEY_W-1:0]  key_r1;
reg      [KEY_W-1:0]  key_r2;    wire                  n_edge;
wire                  p_edge;// 对输入按键进行打拍，异步信号同步并检测边沿
// 打几拍就是延时几个周期
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)beginkey_r0 <= -1;//负数以补码的方式存放，对原码取反加1key_r1 <= -1;key_r2 <= -1;end else begin key_r0 <= key_in;key_r1 <= key_r0;key_r2 <= key_r1;end
end// assign  n_edge = {!key_r1[1] && key_r2[1],!key_r1[0] && key_r2[0]};//第一种检测边沿
//三目运算符
assign  n_edge = ~key_r1 & key_r2?1'b1:1'b0;//第二种检测边沿
// assign  p_edge = {key_r1[1] && !key_r2[1],key_r1[0] && !key_r2[1]};
assign  p_edge = key_r1 & ~key_r2?1'b1:1'b0;//当检测到下降沿，filter_flag为1
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)beginfilter_flag <= 1'b0;end //检测到下降沿else if(n_edge)begin filter_flag <= 1'b1;end else if(end_cnt)beginfilter_flag <= 1'b0;endelse begin filter_flag <= filter_flag;end
end//当检测到filter_flga为1的时候开始计数
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt <= 0;end else if(add_cnt)begin if(end_cnt || p_edge)begin cnt <= 0;endelse begin cnt <= cnt + 1;end endelse  begincnt <= cnt;end
end assign add_cnt = filter_flag;
assign end_cnt = add_cnt && cnt == DELAY_TIME-1;//key_down取的值是最后当前周期的key_r2值，是个稳定的值
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)beginkey_down <= 0;end else if(end_cnt)begin key_down <= ~key_r2;end else begin key_down <= 0;end
end
endmodule

四、仿真验证

1.成功消抖的波形图

2.未成功消抖的波形图（中间出现上升沿）

五、总结

这些就是我对按键消抖的理解，可能有很多不对的，但是思路应该是这样的一步一步地设计的，接下来我会用按键去实现别的功能。

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