FPGA实例——按键消抖和自定义IP封装

按键消抖：

简介：

目前，在大部分的FPGA开发板上都带有机械按键，由于机械按键的物理特性，按键在按下和释放的过程中，存在一段时间的抖动，这就导致在识别按键的时候可以检测到多次的按键按下，而通常检测到一次按键输入信号的状态为低电平，就可以确认按键被按下了，所以我们在使用按键时往往需要进行按键消抖，以确保按键被按下一次只检测到一次低电平。按键稳定闭合时间长短是由操作人员决定的，通常都会在 100ms 以上，刻意快速按的话能达到 40-50ms 左右，很难再低了，抖动时间，一般都会在 10ms以内。按键的抖动对于人类来说是感觉不到的，但是对于芯片来说，则是完全可以检测到电平的变化的，如果不对按键进行消抖处理，芯片可能会做出错误的判断，也就会导致我们的实验失败，所以进行按键消抖是非常有必要的。

实际按键和理想按键：

理想按键：

实际按键：

在真实的情况下，按键就会存在按下时和松开时的一个抖动现象，这个抖动时间一般为10ms~20ms之间，这就是为什么有点时候按下一次按键，然而却会显示多次按下的一个例子，就是由于芯片对这种抖动太过于敏感，因此就需要去对它进行消抖处理。

verilog代码：


module key_flag(
input  wire  sysclk    ,//系统时钟
input  wire  rst_n     ,//复位信号
input  wire  key       ,//按键
output wire  key_flag   //按键按下一次有效信号
    );
    
parameter delay_20ms = 1000000;//按键按下的时间为20ms，超过这个时间就保持住，不超过这个时间就清0
reg [31:0] cnt;//计时器

always @(posedge sysclk)
   if(!rst_n)
      cnt <= 0;
   else if(key == 0)begin //按键按下低有效
       if(cnt == delay_20ms - 1)//当时间达到20ms时
           cnt <= cnt ;//就保持住
       else
           cnt <= cnt + 1;//不满足就累加
   end
   else
       cnt <= 0;

assign key_flag = (cnt == delay_20ms - 2)?1:0;//三目运算符来判断按键按下时间达到20ms后就输出一个高脉冲信号
    
endmodule

仿真代码：

`timescale 1ns / 1ps

module key_tb();
reg  sysclk   ;
reg  rst_n    ;
reg  key      ;
wire key_flga ;

initial begin
sysclk = 0;
rst_n = 0;
key = 1;
#101 
rst_n = 1;
#20
key = 0;
#20000000;
key = 1;

end

always #10 sysclk = ~sysclk;

key_flag key_flag_u(
.  sysclk    ( sysclk  )  ,
.  rst_n     ( rst_n   )  ,
.  key       ( key     )  ,
.  key_flag  ( key_flag)
    );

endmodule

仿真结果：

没有达到20ms：

按键按下时间没有达到20ms，那key_flag信号就不会拉高，会自动被过滤掉

达到20ms：

在过了101ns的时候，复位信号拉高，开始工作，又过了20ns，按键按下，此时cnt计时器开始计时

此时在delay_20ms-2的时候，采集到按键是出于按下状态，因此产生一个高脉冲信号key_flag，后续需要通过按键去控制其它器件，就可以使用这个高脉冲信号，就可以精准的记录按键按下的次数

自定义IP封装：

简介：

在真实的开发过程中，并不是所有的代码都需要开发者自己去手写，有些难度确实太大了，并且也非常的耗费时间，可能最后写出来的代码也存在很多的bug。那么，针对这类现象呢，Xilinx官方也是提供了许多的IP核可以供我们去调用，大大的帮开发者节省了时间。用户也可以自己去自定义IP核，将自己所写好的代码封装起来，后期可以直接调用，节约时间开发时间。这里的话我们就以刚才所写的这个按键消抖的代码去进行封装，后期需要使用到的时候直接调用出来就可以，就不需要再去创建文件，重新写一遍代码了。