FPGA編程技巧系列之按鍵邊沿檢測

• 抖動的產生：

　　通常的按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由於機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產生這種現象而作的措施就是按鍵消抖。

• 抖動時間

　　抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms～10ms。這是一個很重要的時間參數，在很多場合都要用到按鍵穩定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保FPGA對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩定時讀取鍵的狀態，並且必須判別到鍵釋放穩定后再作處理。

圖1  按鍵抖動

• FPGA內實現消抖的方法

　　在FPGA內實現按鍵消抖的方法多種多樣，但是最簡單的是采用移位寄存器的方法進行消抖。因為移位寄存器的方法不需要對時鍾進行分頻，也不需要進行延時等復雜操作，即可實現對按鍵邊沿的檢測。假設未按下時鍵值=1.

　　　　1、在無鍵按下時，移位寄存器samp[7:0]始終采集到高電平，即samp[7:0]=8'b1111_1111;

　　　　2、當鍵按下時，samp[7:0]將采集到低電平，數據的變化方式為samp[7:0]=8'b1111_1110-->8'b1111_1100-->8'b1111_1000-->  ........——>8'b0000_0000;samp[7:0]=8'b1111_1110即為按鍵下降沿。

　　　　3、當松開按鍵時，samp[7:0]將重新采集到高電平，數據變化方式為samp[7:0]=8'b0000_0001-->8'b0000_0011--> ........-->8'b1111_1111;當samp[7:0]=8'b0111_1111時，即為按鍵上升沿。

圖2 移位寄存器消抖原理圖

•  參考Verilog代碼

 

//模塊名：EdgeDetect，邊沿檢測
//button:按鍵，無鍵按下時為高電平//clk：10M時鍾
//rst:復位按鈕，低電平有效
//rise：檢測到上升沿，高電平有效，寬度為1個clk
//fall：檢測到下降沿，高電平有效，寬度為1個clk

module EdgeDetect(
         input clk,
         input rst,
         input button,
         output reg rise,
         output reg fall
        );
    

reg[7:0] samp;//移位寄存器采集button鍵值
//移位寄存器采集button信息
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst)
        samp<=8'b1111_1111;
    else
        samp<={samp[7:1],button};
end

//產生上升沿信息
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst)
         rise<=1'b0;
    else if(samp==8'b0111_1111)
        rise<=1'b1;
    else
        rise<=1'b0;
end

//產生下降沿信息
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst)
         fall<=1'b0;
    else if(samp==8'b1111_1110)
        fall<=1'b1;
    else
        fall<=1'b0;
end

endmodule