[FPGA入门笔记]（十）：按键消抖实验

简介

今天购买了AXLINX AX7020的开发板，从今天开始每一个例程都要做文档记录，为自己加油。
本实验，基于ALINX AX7020开发板，芯片为xc7z020clg400-2。开发板输入时钟为50MHz。

按键消抖实验

作为FPGA的初学者，完成加法器设计流水灯实验后，肯定有想过能否设计一个当某一个被按下后，相应的LED被点亮；再次按下后，LED熄灭，按键控制LED亮灭。最直观的想法就是去采按键的下降沿，当下降沿到来的时候就让LED亮起，再次采到下降沿的时候就对LED取反。然而，当试图去设计电路实现这样功能的时候，发现想简单了。。。。
由于每一次按下按键按键的机械特性，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，因此直接采输入信号的下降沿不可行。我们需要对输入信号进行检测让输入信号稳定下来，也就是消除抖动。

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20ms），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。

一、基于FSM的消抖电路设计（FSM Debounce）

**基于FSM的设计消抖电路，**利用一个10ms的非同步定时器和有限状态机，计时器每10ms产生一个滴答使能周期信号，有限状态机利用此信号来确定输入信号是否稳定。有限状态机将消除时间较短的抖动，当输入信号稳定20ms以后才改变去抖动以后的输出值。中间的时间段（本题为20ms）内不论按键发生了什么变化都无所谓。
解题分析：
1.假定系统的起始态是zero(one)态，当sw变为1(0)时，系统转换为wait1_1态。
2.当处于wait1_1态时，有限状态机处于等待状态并
将m_tick置为有效电平态。若sw变为0则表示1值所
持续的时间过短有限状态机返回zero态。
3.这个动作在wait1_2态和wait1_3态也将再重复2次。
zero态：sw稳定在0值
one态：sw稳定在1值。
状态转移图：

代码：

`timescale 1ns/1ps
module fsm_db(input   clk,input   rst_n,input   btn_i,//button inoutput  btn_o //button out);localparam  ZERO   = 3'b000,WAIT01 = 3'b001,WAIT02 = 3'b010,WAIT03 = 3'b011,ONE    = 3'b100,WAIT11 = 3'b101,WAIT12 = 3'b110,WAIT13 = 3'b111;reg  [2:0]  state_curt;//state currentreg  [2:0]  state_next;//state nextreg  [19:0] count;     //20ns*106=20mswire        tick;reg         btn;//Part 1, state transitionalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)state_curt <= ONE;else state_curt <= state_next;end//Part 2, next state logicalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)count <= 20'd0;else if(count == 20'd1000_000)count <= 20'd0;elsecount <= count + 1;endassign tick = (count == 20'd1000_000)? 1'b1:1'b0;always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)state_next <= ONE;else if(tick)begincase(state_curt)ZERO:beginif(btn_i)state_next <= WAIT01;elsestate_next <= ZERO;endWAIT01:beginif(btn_i)state_next <= WAIT02;else    state_next <= ZERO;endWAIT02:beginif(btn_i)state_next <= WAIT03;elsestate_next <= ZERO;endWAIT03:beginif(btn_i)state_next <= ONE;elsestate_next <= ZERO;endONE:beginif(!btn_i)state_next <= WAIT11;elsestate_next <= ONE;endWAIT11:beginif(!btn_i)state_next <= WAIT12;else state_next <= ONE;endWAIT12:beginif(!btn_i)state_next <= WAIT13;elsestate_next <= ONE;endWAIT13:beginif(!btn_i)state_next <= ZERO;elsestate_next <= ONE;endendcaseendend//Part 3, output logicalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)btn <= 1'b1;else begincase(state_next)ZERO: btn <= 1'b0;ONE : btn <= 1'b1;endcaseendendassign btn_o = btn;
endmodule

二、基于两级触发器的消抖电路设计（DFF Debounce）

中间的时间段（本题为20ms）内只要按键发生了什么变化，就会复位。
用两级触发器来构成稳定按键信号，防止抖动。
消抖电路的本质思想是消除按键信号的抖动，也就是判断按键信号能否在一段时间内（20ms）稳定。
本设计的思想是，①首先，设计一个（20ms）加法器；②然后，用两级触发器前后信号是否相同来复位加法器，若（20ms内）不同相则复位加法器。③若加法器的值超过20ms，则认为信号稳定了，输出两级触发器的信号。

代码：

`timescale 1ns/1ps
module dff_db( input   clk,input   rst_n,input   btn_i,output  btn_o);reg         dff1;reg         dff2;wire        count_rst;reg [19:0]  count;reg         btn_out;always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)begindff1 <= 1'b1;dff2 <= 1'b1;endelsebegindff1 <= btn_i;dff2 <= dff1;endendassign count_rst = dff1^dff2;always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)count <= 20'b0;else beginif(count_rst)count <= 20'b0;elsecount <= count +1'b1;endendalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)btn_out <= 1'b1;elsebeginif(count == 20'd1000_000)btn_out <= dff2;elsebtn_out <= btn_out;endendassign  btn_o = btn_out;endmodule