按键软件消抖(Verilog)

kenson · 发表于 2010-3-12 19:32

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

" I7 N0 Z* t7 \) a1 T* s# {
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：独立键盘和行列式（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：

http://space.ednchina.com/upload/2009/1/1/3cdd09ff-062d-4e68-85e7-697eab9c0e22.jpg

! g- i3 k: L, w
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。

经典的verilog键盘扫描程序

1 _$ v9 T' n4 V
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！

6 b( n: [' s: j. A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）

//当三个独立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(

+ h% f" D: j: k' U$ s" q; Uclk,
" H: Q- P' L! }: |. y$ m3 \ \

1 z8 w; P" V' L1 g6 z9 x* g4 arst_n,

7 N+ T2 X- I7 Wsw1_n,

1 `4 Z# G f. F, v- F; d1 Ksw2_n,

& Z+ b% w0 x* p' I8 x, N; H* M
sw3_n,

4 h# R* y. m! K2 H//output

, ^5 W- ]+ @0 r9 aled_d3,

, F" W2 b W0 o. u% f" Yled_d4,

/ c6 v3 H( C' V: V( A& @led_d5

* b6 I- U5 X+ i
);

6 I7 V, V1 }2 U1 F! o" h2 M2 `% j4 Binput& H" a* J! u- R
clk;
$ p& g& r G4 |6 k& Y//主时钟信号，48MHz

! \. w6 a7 m0 m& [* J2 [9 {
input o ]' d' N) i1 F( v+ W [
rst_n;
+ P- Q2 M( d6 ?; V' X//复位信号，低有效

% {/ Z" M3 X; \3 B, ]
input
( J; c% c9 a; D! Tsw1_n,sw2_n,sw3_n; //三个独立按键，低表示按下

/ y/ E. f; n1 |% q9 M1 o& _. \output7 g# f! J6 n2 [; I* s
led_d3,led_d4,led_d5;
: D5 O# V$ h; r- w' t1 C# S//发光二极管，分别由按键控制

$ l6 @, }! f% f. n E
// ---------------------------------------------------------------------------

1 b6 J/ |: {# |1 k
reg [19:0]: g$ Q3 C/ w; k) I( v E" q
cnt;
: N. l4 O8 G7 \; e3 t//计数寄存器

$ I/ R2 [1 l2 f; J# n$ A0 Qalways @ (posedge clk9 s+ c% ]2 j$ S5 J% p: c! z P
or negedge rst_n)

( {3 m7 m5 ^ ]* b
if (!rst_n)
1 @& r1 h8 `% _! C6 @* `. c4 x6 m) ^0 @//异步复位

/ d" M6 i7 U# I; L. F Z
cnt <= 20'd0;

2 N& h/ w( `$ d( y1 H* g p
else

! _5 U8 ?* k! W- J; s* M
cnt <= cnt + 1'b1;

I2 b) O- l) H8 y# N* ?

8 J) o. u e7 }reg
6 n. Y. n6 I' P/ S1 p' v* u+ `8 [7 }[2:0] low_sw;

t) Q: L) w' Qalways @(posedge clk
3 h- c5 y9 K' Tor negedge rst_n)

3 m# y" x2 a" H+ ?0 r
if (!rst_n)

1 L2 {* Y h+ r8 |low_sw <= 3'b111;

" k5 \1 y5 g! V7 Y6 V6 aelse if (cnt == 20'hfffff)
, q) O& q) v3 X) g3 F//满20ms，将按键值锁存到寄存器low_sw中

5 f" q" ]* ~. `7 plow_sw <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};

) S9 d5 B& ]* e& A: {8 F. l" P

" w& K6 \4 Q3 I, B* L// ---------------------------------------------------------------------------

" _, a4 o7 [0 Q% k% o9 r9 ], A

5 Y$ H- |8 N9 b
reg
# v& o, f6 A; \5 D[2:0] low_sw_r;
1 n% E- @1 |9 V" S$ v//每个时钟周期的上升沿将low_sw信号锁存到low_sw_r中

. \ e L4 Q/ F$ Y4 A% L
always @ ( posedge clk4 ?* |, }$ _' u7 e5 o
or negedge rst_n )

# k5 U4 A" D# o2 E# P; E/ v) O8 ^
if (!rst_n)

" h* s) y& S$ n- ?' o1 W
low_sw_r <= 3'b111;

0 ~* M* F* Q2 s: E. P0 I
else

. U& o" E4 {; V7 d4 clow_sw_r <= low_sw;

! h2 ?7 ] D: v$ U7 J9 a

2 N8 m4 A7 _% @3 v8 x2 O+ O/ h. ~% R
//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

: f% t1 P, @! zwire [2:0] led_ctrl = low_sw_r[2:0] & ( ~low_sw[2:0]);

: O9 K8 G- ^: Q4 D O5 R" Y, q7 Zreg d1;

7 G1 r# L4 ^, \, o2 G! m: s0 creg d2;

# n" X5 `8 l4 p0 [# ~reg d3;

0 }, p4 ?8 K, G3 s

+ f9 F" z% ^/ T0 N. @0 u8 ]5 H- }
always @ (posedge clk or negedge rst_n)

7 w# J. n: S& k, p7 Y
if (!rst_n)

0 {+ x, v) P/ _6 C* T* ~+ P4 x
begin

) K2 b( ?: L8 }# }
d1 <= 1'b0;

0 l& v$ \ M' u
d2 <= 1'b0;

A& |, F1 X; i+ q% Ld3 <= 1'b0;

/ o8 `: o6 @; J1 Q& } send

3 Z6 H/ P. C' r* {' b: S
else

1 i$ a$ L8 O5 e5 ~( b' t9 H9 Tbegin
4 t8 {, I' Z3 s//某个按键值变化时，LED将做亮灭翻转

+ M6 I/ y Q0 ^4 t( [3 Q9 oif ( led_ctrl[0] ) d1 <= ~d1;, c* N" l5 b9 J) [

' v# i# h/ H6 Q
if ( led_ctrl[1] ) d2 <= ~d2;

9 C; B: f D+ P$ o7 s. F) }4 g0 G) V7 k7 z2 T6 C6 g2 [3 G( N* j" O8 B2 e, D
if ( led_ctrl[2] ) d3 <= ~d3;

! K0 K# b7 k+ ]$ ?
end

: F3 u% n% Q* `! K
assign led_d5 = d1 ? 1'b1 : 1'b0;, Z. d% m" F: @. y: V% f
//LED翻转输出

1 f) X ^5 t2 x5 @- V' L- z- ~
assign led_d3 = d2 ? 1'b1 : 1'b0;

. L o" ?: |) a- x6 G
assign led_d4 = d3 ? 1'b1 : 1'b0;

; C [0 C; E$ f4 l" Q: G8 A! j& `

endmodule

* K6 I% o* j* O5 X3 ~- ^3 s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。

/ {0 j, h' ~' b3 h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：6 l. C; E& a5 P) t+ r+ U1 s

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

, M# Z( U+ O/ T+ h
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。

kenson · 发表于 2010-3-12 20:37

在我在Q2 编译过用MAXII 的240 只用了36个宏相当不错还可以学到一招希望大家都能学到！！{:3_472:}

ytiger · 发表于 2011-10-11 13:36

不错.值得学习耶.

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