15 ABC基于状态机的按键消抖原理与状态转移图

1. 基于状态机的按键消抖

1.1 什么是按键?

从按键结构图10-1可知,按键按下时,接点(端子)与导线接通,松开时,由于弹簧的反作用力,接点(端子)与导线断开。

从原理图10-2可知,按键按下时为低电平,未按下为高电平

1.2 为什么要消抖?

1.3 基于按键消抖的状态转移图

2. 写设计代码,仿真代码并仿真(未使用随机函数的测试)

  1. 设计代码
cpp 复制代码
module key_filter(
    clk,
    rstn,
    key,
//    key_p_flag,
//    key_r_flag,
    key_flag,
    key_state
);
    
    input clk;
    input rstn;
    input key;
//   output reg key_p_flag;
//   output reg key_r_flag;
    output reg key_flag;
    output reg key_state;
    
    //边沿检测
    reg [1:0] r_key;
    always@(posedge clk)
        r_key <= {r_key[0], key}; 
//    reg [1:0] r_key;    
//    always@(posedge clk)begin
//        r_key[0] <= key;
//        r_key[1] <= r_key[0]; 
//    end
    wire nedge_key;
    wire pedge_key;
    assign nedge_key = (r_key == 2'b10);
    assign pedge_key = (r_key == 2'b01);
    
    
    reg [1:0]state;
    reg [19:0] cnt;
    always@(posedge clk or negedge rstn)
    if(!rstn)begin
        state <= 0;
        cnt <= 0;
//        key_p_flag <= 0;
//        key_r_flag <= 0;
        key_flag <= 0;
        key_state <= 1;
    end
    else
    case(state)
        0: 
        begin
//            key_r_flag <= 0;
            key_flag <= 0;
            if(nedge_key == 1) begin
                state <= 1;
            end
            else
                state <= 0;
        end 
        
        1:
        begin
            if((pedge_key == 1) && (cnt < 1000000 - 1))begin
                state <= 0;
                cnt <= 0;
            end
            else if((pedge_key == 0) && (cnt >= 1000000 - 1))begin
                state <= 2;
//               key_p_flag <= 1'd1;
                key_flag <= 1'd1;
                key_state <= 0;
                cnt <= 0;
            end
            else
                cnt <= cnt + 1'd1;
        end
        
        2:
        begin
//           key_p_flag <= 0;
            key_flag <= 0;
            if(pedge_key == 1)
                state <= 3;
            else
                state <= 2;
        end
        
        3:
        begin
            if((nedge_key == 1) && (cnt < 1000000 - 1))begin
                state <= 2;
                cnt <= 0;
            end
            else if((nedge_key == 0) && (cnt >= 1000000 - 1))begin
                state <= 0;
//                key_r_flag <= 1;
                key_flag <= 1'd1;
                key_state <= 1;
                cnt <= 0;
            end
            else
                cnt <= cnt + 1'd1;
         end
        
    endcase
    
endmodule
  1. 仿真代码
cpp 复制代码
`timescale 1ns / 1ps

module key_filter_tb();
    
    reg clk;
    reg rstn;
    reg key;
//    wire key_p_flag;
//    wire key_r_flag;
    wire key_flag;
    wire key_state;
    
    key_filter key_filter_inst(
        .clk(clk),
        .rstn(rstn),
        .key(key),
//        .key_p_flag(key_p_flag),
//       .key_r_flag(key_r_flag),
        .key_flag(key_flag),
        .key_state(key_state)
    );
    
    initial clk = 1;
    always #10 clk = ~clk;
    
    initial begin
        rstn = 0;
        key = 1;
        #201;
        rstn = 1;
        #200;
        key = 1;
        #50000000;
        key = 0;
        #30000;
        key = 1;
        #30000;
        key = 0;
        #30000;
        key = 1;
        #30000;
        key = 0;
        #50000000;
        key = 1;
        #30000;
        key = 0;
        #30000;
        key = 1;
         #30000;
        key = 0;
        #30000;
        key = 1;
        #50000000;
        $stop;
    end



endmodule
  1. 仿真波形

3. 基于verilog系统函数random的随机测试下的按键抖动(tb编写语法)

通过系统函数random产生一个随机的延迟值,来模拟真实情况下的延迟。

3.1 系统函数random的两个例子:

  1. 产生一个[-(b+1): (b-1)]的随机数:$random% b;

2.产生一个[0: b-1]的随机数:{$random}% b;;

修改后的仿真代码:

cpp 复制代码
`timescale 1ns / 1ps

module key_filter_tb();
    
    reg clk;
    reg rstn;
    reg key;
//    wire key_p_flag;
//    wire key_r_flag;
    wire key_flag;
    wire key_state;
    
    key_filter key_filter_inst(
        .clk(clk),
        .rstn(rstn),
        .key(key),
//        .key_p_flag(key_p_flag),
//       .key_r_flag(key_r_flag),
        .key_flag(key_flag),
        .key_state(key_state)
    );
    
    initial clk = 1;
    always #10 clk = ~clk;
    
    reg [19:0] rand;
    initial begin
        rstn = 0;
        key = 1;
        #201;
        rstn = 1;
        #200;
        press_key(1);
        $stop;
    end
    
    task press_key;
        input [2:0] seed;
        begin
            key = 1;
            #20000000; 
            repeat(5) begin
                rand = {$random(seed)} % 9999999; //产生0到9999999ns的延迟
                #rand key = ~key;
            end
            key = 0;
            #40000000;
            repeat(5) begin
                rand = {$random(seed)} % 9999999; //产生0到9999999ns的延迟
                #rand key = ~key;
            end
            key = 1;
            #40000000;
        end
    endtask



endmodule

4. 调试(产生多余38ns的原因)

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