按鍵邊沿檢測

邊沿檢測經(jīng)常用于按鍵輸入檢測電路中，按鍵按下時(shí)輸入信號 key 變?yōu)榈碗娖剑存I抬起變?yōu)楦唠娖健．?dāng)輸入的信號為理想的高低電平時(shí)（不考慮毛刺和抖動(dòng)），邊沿檢測就發(fā)揮了很重要的作用。

由于輸入的信號為一個(gè)連續(xù)值，我們需要通過時(shí)鐘進(jìn)行采樣。根據(jù)采樣定理，采樣時(shí)鐘的頻率需要至少為被采信號頻率的 2 倍。

設(shè)計(jì)的邊沿檢測電路的功能為：檢測到 1 個(gè)下降沿或上升沿時(shí)，對應(yīng)的下降沿輸出信號 edge_pos、edge_neg 分別輸出 1 個(gè)脈沖（即一個(gè)時(shí)鐘周期的高電平）。下面以下降沿進(jìn)行分析。

分析：在邊沿檢測的過程中，通過 1 個(gè)寄存器來寄存上一個(gè)時(shí)鐘沿的輸入值 D ，當(dāng)寄存器輸出 Q 與輸入 D 的值分別為1、0時(shí)，證明檢測到下降沿。

如上圖所示，在第 2 個(gè)時(shí)鐘周期的低電平期間，D 由高變低，在第 3 個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿，Q由高變低。在 D 由高變低的時(shí)刻，Q 為 1 ，D 為 0 ，證明檢測到下降沿。

按鍵邊沿捕獲模塊：

測試驗(yàn)證模塊：

按一次按鍵，對應(yīng)的LED燈就會(huì)亮。LED亮代表檢測到了下降沿。

Signaltap 波形圖：

按鍵硬件消抖電路

友晶科技很多板子的按鍵（都是按下為低電平）其實(shí)是已經(jīng)有硬件消抖電路的， 這樣的板子的按鍵的值 直接input 進(jìn)來后 直接用就可以。

比如DE2-115 DE1-SOC DE10-Standard 等等。這里都用74HC245芯片來消抖：

按鍵Verilog消抖電路

如果沒有硬件上的消抖，我們可以手寫Verilog代碼替代消抖電路。

模板一

模板一的Verilog消抖的原理主要為按鍵按下或松開后延時(shí) 1ms—20ms 采樣（這個(gè)時(shí)間是根據(jù)按鍵的機(jī)械特性自行決定）。

假設(shè)時(shí)鐘是50M，按鍵消抖的思路是檢測到按下時(shí)延時(shí) 50000個(gè)時(shí)鐘周期，再檢測，如果狀態(tài)仍為按下，則確認(rèn)是按下的；如果狀態(tài)為彈起的，則確認(rèn)是干擾，無按鍵按下。

按鍵消抖的Verilog實(shí)現(xiàn)的模板一如下：

module key_debounce        //按鍵消抖模塊
(  input clk,          //系統(tǒng)時(shí)鐘
  input rst_n,        //系統(tǒng)復(fù)位
  input key[0],          //按鍵輸入
  output reg key_value,  //有效的按鍵值
);


  reg [31:0]cnt;//計(jì)數(shù)器
  reg value;//中間寄存器


  always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) begin
      cnt <= 0; ? ? ? ? ? ? ? ?//初始狀態(tài)下寄存器清零
 ? ? ? ? ? ?key_value <= 0; ? ? ? ?//有效按鍵值清零 ? ? ? ?
 ? ? ? ? ? ?value <= 0; ? ? ? ? ? ? ? ?//中間寄存器清零 ? ? ? ? ? ?
 ? ? ? ?end ? ?
 ? ? ? ?else begin
 ? ? ? ? ? ?if(cnt == 50000) begin
 ? ? ? ? ? ? ? ?cnt <= 0;//每隔0.001秒檢測一次 將key的值寄存到value寄存器當(dāng)中（如果系統(tǒng)時(shí)鐘是50MHz）
 ? ? ? ? ? ? ? ?value <= key[0];
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 ? ? ? ? ? ? ? ?if(value == 1 && key[0] == 0) //按鍵按下為0，平時(shí)為1
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?key_value <= 1;


 ? ? ? ? ? ?end ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 ? ? ? ? ? ?else begin
 ? ? ? ? ? ? ? ?cnt <= cnt + 1;
 ? ? ? ? ? ? ? ?key_value <= 0;
 ? ? ? ? ? ?end
 ? ? ? ?end ? ?
 ? ?end ? ? ? ? ? ? ? ?
endmodule

模板二

模板二的檢測原理是只有按鍵按下的狀態(tài)持續(xù)50000個(gè)周期（這個(gè)時(shí)間可以自己再定義）以上，才認(rèn)定是按鍵被按下了一次，否則算作是干擾被忽略掉。

模板二實(shí)現(xiàn)的是多個(gè)按鍵的去抖。

按鍵消抖的Verilog實(shí)現(xiàn)的模板二如下：

module debounce (
 clk,
 reset_n,
 data_in,
 data_out
);


 parameter WIDTH = 32;      // set to be the width of the bus being debounced
 parameter POLARITY = "HIGH";  // set to be "HIGH" for active high debounce or "LOW" for active low debounce
 parameter TIMEOUT = 50000;   // number of input clock cycles the input signal needs to be in the active state
 parameter TIMEOUT_WIDTH = 16;  // set to be ceil(log2(TIMEOUT))
 
 input wire clk;
 input wire reset_n;
 
 input wire [WIDTH-1:0] data_in;
 output wire [WIDTH-1:0] data_out;
 
 reg [TIMEOUT_WIDTH-1:0] counter [0:WIDTH-1];
 wire counter_reset [0:WIDTH-1];
 wire counter_enable [0:WIDTH-1];
 
 // need one counter per input to debounce
 genvar i;
 generate for (i = 0; i < WIDTH; i = i+1)
 ?begin: ?debounce_counter_loop
 ? ?always @ (posedge clk or negedge reset_n)
 ? ?begin
 ? ? ?if (reset_n == 0)
 ? ? ?begin
 ? ? ? ?counter[i] <= 0;
 ? ? ?end
 ? ? ?else
 ? ? ?begin
 ? ? ? ?if (counter_reset[i] == 1) ?// resetting the counter needs to win
 ? ? ? ?begin
 ? ? ? ? ?counter[i] <= 0;
 ? ? ? ?end
 ? ? ? ?else if (counter_enable[i] == 1)
 ? ? ? ?begin
 ? ? ? ? ?counter[i] <= counter[i] + 1'b1;
 ? ? ? ?end
 ? ? ?end
 ? ?end
 
 ? ?if (POLARITY == "HIGH")
 ? ?begin
 ? ? ?assign counter_reset[i] = (data_in[i] == 0);
 ? ? ?assign counter_enable[i] = (data_in[i] == 1) & (counter[i] < TIMEOUT);
 ? ? ?assign data_out[i] = (counter[i] == TIMEOUT) ? 1'b1 : 1'b0;
 ? ?end
 ? ?else
 ? ?begin
 ? ? ?assign counter_reset[i] = (data_in[i] == 1);
 ? ? ?assign counter_enable[i] = (data_in[i] == 0) & (counter[i] < TIMEOUT);
 ? ? ?assign data_out[i] = (counter[i] == TIMEOUT) ? 1'b0 : 1'b1; ? ?
 ? ?end
 ? ?
 ?end ?
 ?endgenerate
 ?
endmodule