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15 ABC基于状态机的按键消抖原理与状态转移图

news 2025/7/23 7:45:56

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

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]; 
//    endwire 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)beginstate <= 0;cnt <= 0;
//        key_p_flag <= 0;
//        key_r_flag <= 0;key_flag <= 0;key_state <= 1;endelsecase(state)0: begin
//            key_r_flag <= 0;key_flag <= 0;if(nedge_key == 1) beginstate <= 1;endelsestate <= 0;end 1:beginif((pedge_key == 1) && (cnt < 1000000 - 1))beginstate <= 0;cnt <= 0;endelse if((pedge_key == 0) && (cnt >= 1000000 - 1))beginstate <= 2;
//               key_p_flag <= 1'd1;key_flag <= 1'd1;key_state <= 0;cnt <= 0;endelsecnt <= cnt + 1'd1;end2:begin
//           key_p_flag <= 0;key_flag <= 0;if(pedge_key == 1)state <= 3;elsestate <= 2;end3:beginif((nedge_key == 1) && (cnt < 1000000 - 1))beginstate <= 2;cnt <= 0;endelse if((nedge_key == 0) && (cnt >= 1000000 - 1))beginstate <= 0;
//                key_r_flag <= 1;key_flag <= 1'd1;key_state <= 1;cnt <= 0;endelsecnt <= cnt + 1'd1;endendcaseendmodule

2. 仿真代码

`timescale 1ns / 1psmodule 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 beginrstn = 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;endendmodule

3. 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：

`timescale 1ns / 1psmodule 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 beginrstn = 0;key = 1;#201;rstn = 1;#200;press_key(1);$stop;endtask press_key;input [2:0] seed;beginkey = 1;#20000000; repeat(5) beginrand = {$random(seed)} % 9999999; //产生0到9999999ns的延迟#rand key = ~key;endkey = 0;#40000000;repeat(5) beginrand = {$random(seed)} % 9999999; //产生0到9999999ns的延迟#rand key = ~key;endkey = 1;#40000000;endendtaskendmodule