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適用于板卡型號(hào)：

PGL22G/PGL12G

1. 文檔簡(jiǎn)介

本文主要講解按鍵消抖原理及程序編寫(xiě)，程序?qū)崿F(xiàn)按鍵按下后數(shù)字加1，并在led出來(lái)，通過(guò)PDS軟件編譯調(diào)試。

2. 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

• Windows 10 64位

• Pango Design Suite 2020.3

• 開(kāi)發(fā)板

3. 實(shí)驗(yàn)原理

按鍵做為基本的人機(jī)輸入接口，在很多電子設(shè)計(jì)中都能見(jiàn)到，由于機(jī)械特性，在按鍵按下或松開(kāi)的時(shí)候，按鍵輸入值是有抖動(dòng)的，無(wú)論按下去是多平穩(wěn)，都難以消除抖動(dòng)，按鍵消抖方式有很多，本實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)FPGA計(jì)時(shí)來(lái)消抖。實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)按鍵輸入有變化時(shí)，計(jì)時(shí)器清零，否則就累加，直到加到一個(gè)預(yù)定值（例如10ms），就認(rèn)為按鍵穩(wěn)定，輸出按鍵值，這樣就得到以后沒(méi)有抖動(dòng)的按鍵值。由于在很多地方需要用到按鍵下降沿或上升沿的檢測(cè)，按鍵消抖模塊直接集成了上升沿和下降沿檢測(cè)的功能。

4. 程序設(shè)計(jì)

如下圖所示，通過(guò)按鍵消抖后，在按鍵按下時(shí)，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器加1，通過(guò)數(shù)碼管譯碼掃描后顯示出來(lái)。

按鍵消抖部分的原理在上節(jié)已經(jīng)講過(guò)，按鍵消抖部分代碼寫(xiě)的非常精煉，閱讀起來(lái)稍顯費(fèi)解，建議結(jié)合仿真波形去讀代碼。在提供的例程文件下的src文件夾中同時(shí)提供了仿真文件key_debounce_tb.v，可以通過(guò)添加仿真文件來(lái)進(jìn)行仿真觀察代碼中信號(hào)的變化

按鍵消抖模塊（ax_debounce）端口

LED顯示部分在本章不做說(shuō)明，就例程中按鍵消抖模塊“ax_debounce”模塊做一些講解，模塊中通過(guò)了兩級(jí)D觸發(fā)器來(lái)寄存鍵值，只有當(dāng)鍵值穩(wěn)定時(shí)才將鍵值輸出。我們可以看到在assign賦值語(yǔ)句中有一條“assign a_reset=（DFF1 ^ DFF2）”，學(xué)過(guò)數(shù)字電路的應(yīng)該都知道“ ^ ”是異或運(yùn)算符，運(yùn)算符兩邊相同運(yùn)算結(jié)果為0， 不同運(yùn)算結(jié)果為1。在程序中DFF1和DFF2比較運(yùn)算后的值通過(guò)“assign”賦給“a_reset”表示比較鎖存鍵值的前后兩級(jí)寄存器的值是否一致，只有前后兩級(jí)寄存器的值一致，也就是a_reset的值為0時(shí)才表示當(dāng)前鎖存的鍵值沒(méi)有變化。當(dāng)計(jì)數(shù)器累加到“TIMER_MAX_VAL”，表示鎖存的鍵值已經(jīng)穩(wěn)定可以輸出。另外在模塊中我們可以看到“{.......}”符號(hào)，要注意這可不是大括號(hào)，這表示位拼接運(yùn)算符，其作用是將運(yùn)算符內(nèi)的兩位，或是多位信號(hào)拼接在一起，具體用法請(qǐng)參考例程。

最后，程序中需要說(shuō)明的是“button_posedge”和“button_negedge”兩個(gè)輸出信號(hào)，這是一種常用的上升沿和下降沿的采集方法，其描述的RTL視圖如下：

當(dāng)然還有其他的邊沿檢測(cè)電路的描述方法，但是其基本原理都是在邏輯時(shí)序電路里先將需要檢測(cè)的信號(hào)作為輸入非阻塞賦值給一個(gè)自定義寄存器，通過(guò)判斷前后兩級(jí)寄存器的值來(lái)判斷是上升沿或是下降沿，由0 ->1 變化是上升沿，由1 -> 0變化是下降沿；

5. Modelsim仿真

$random生成隨機(jī)數(shù)模擬按鍵抖動(dòng)，按下按鍵對(duì)應(yīng)輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)加一。按鍵的按下和釋放經(jīng)消抖后會(huì)得到一個(gè)穩(wěn)定的下降沿和上升沿。仿真結(jié)果和部分仿真文件如下圖所示：

button_negedge為按鍵經(jīng)過(guò)消抖后按鍵的下降沿，button_posedge為按鍵經(jīng)過(guò)消抖后按鍵的上升沿。

6. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

開(kāi)發(fā)板上電后下載程序，按下“KEY2”按鍵，可以看到4個(gè)LED會(huì)變化，對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，按一次加一，如果不經(jīng)過(guò)消抖，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)按一次加一的。

開(kāi)發(fā)板操作