强化版按键消抖Verilog实现

介绍：按键的物理结构导致了会有抖动现象的出现，判断按键是否真正按下，需要把抖动的部分滤波。根据经验可知，抖动一般在20ms内，所以常规的消抖方法是从变化沿出现时刻开始，延时20ms后判断按键的状态。这种方法适用范围不广，因为精度不高（如下图，会判断出错）。

本次设计通过状态机的设计提高了按键消抖的性能，具体思路如图：

学习：

　　①testbench文件不会综合成电路，所以可以适用较多的高级语句。

　　②学会看IEEE手册，里面有很完整的语法讲解。想查看某个语句的语法，可以直接 Ctrl+F 搜关键字 ，找的比较快

新语法：

　　①random function：产生一个随机数

　　　　rand = $random(seed) 则rand为一个随机数，seed一般为1，2等，不影响结果，可以直接省略为 rand = $random 。

　　　　rand = $random % range 则rand为在 - range  ~  +range-1  内的随机数 。%是取余运算

　　　　rand = {$random } % range　则rand为在  0  ~  +range-1  内的随机数 。{}是取绝对值运算。

　　② repeat 重复，循环

　　　　repeat（n）重复n次，下面跟begin-end语句，重复n次begin-end 。

　　　

代码实现：

module buttopn_debounde(
    clk,
    tx,
    reset,
    bd_tx
    );
    input tx ;
    input clk ;
    input reset ;
    output reg bd_tx ;

    reg [1:0]edge_detect_regist;
    always@(posedge clk or negedge reset)//输入信号的移位寄存器
    begin
        if (!reset)
            edge_detect_regist <= 2'd0 ;
        else
            begin
            edge_detect_regist[0] <= tx ;
            edge_detect_regist[1] <= edge_detect_regist[0] ;
            //等效于 edge_detect_regist <={ edge_detect_regist[0] , tx }
            end
    end

    wire neg_edge , pos_edge ;
    assign neg_edge = ( edge_detect_regist == 2'b10 ) ? 1 : 0 ;//下降沿
    assign pos_edge = ( edge_detect_regist == 2'b01 ) ? 1 : 0 ;//上升沿

    parameter delay = 20000000 / 20 ;//抖动20ms

    reg [3:0]state ;
    reg [19:0]counter1 ;
    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
        if (!reset)
            state <= 4'd0 ;//空闲态
        else if ( ( neg_edge ) && ( state == 4'd0 ) )
            state <= 4'd1 ;//按下消抖态
        else if ( ( state == 4'd1 ) && (( delay - 1) > counter1 ) && ( pos_edge ) )
             state <= 4'd0 ;//空闲态
        else if ( ( state == 4'd1 ) && (( delay - 1) <= counter1 ) )
            state <= 4'd2 ;//按下态
        else if ( ( pos_edge ) && ( state == 4'd2 ) )
            state <= 4'd3 ;//释放消抖态
        else if ( ( state == 4'd3 ) && (( delay - 1) > counter1 ) && ( neg_edge ) )
            state <= 4'd2 ;//按下态
        else if ( ( state == 4'd3 ) && (( delay - 1) <= counter1 ) )
            state <= 4'd0 ;//空闲态
    end

    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
        if (!reset)
            counter1 <= 5'd0 ;
        else if ( ( neg_edge ) || ( pos_edge ) )
            counter1 <= 5'd0 ;
        else if ( ( state == 4'd1 ) && (! neg_edge ) && (! pos_edge ) )
            counter1 <= counter1 + 1'd1 ;
        else if ( ( state == 4'd3 ) && (! neg_edge ) && (! pos_edge ) )
            counter1 <= counter1 + 1'd1 ;
    end

    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
        if (!reset)
            bd_tx <= 1'd1 ;//空闲态
        else
            case(state)
            0:bd_tx <= 1'd1 ;
            1:bd_tx <= 1'd1 ;
            2:bd_tx <= 1'd0 ;
            3:bd_tx <= 1'd0 ;
           endcase
    end    

    reg pre_sign ;
    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
        if (!reset)
            pre_sign <= 1'd1 ;//空闲态
        else if( ( state == 4'd1 ) && (( delay - 1) <= counter1 ) )
            pre_sign <= 1'd0 ;
        else if ( state == 4'd2 )
            pre_sign <= 1'd1 ;
    end

    reg release_sign ;
    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
        if (!reset)
            release_sign <= 1'd0 ;//空闲态
        else if( ( state == 4'd3 ) && (( delay - 1) <= counter1 ) )
            release_sign <= 1'd1 ;
        else if ( state == 4'd0 )
            release_sign <= 1'd0 ;
    end       

endmodule

`timescale 1ns / 1ns
module button_debounce_tb(
    );

    reg clk ;
    reg tx ;
    reg reset ;
    wire bd_tx ;

    buttopn_debounde
    #(
        .delay(100)
      )
    buttopn_debounde_sim(
    clk,
    tx,
    reset,
    bd_tx
    );

    initial clk = 1 ;
    always #10 clk = ! clk ;
    initial
        begin
        reset = 1'd0 ;
        tx = 1'd1 ;
        #201 ;
        reset = 1'd1 ;
        #200 ;
        tx = 1'd0 ;#500 ;
        tx = 1'd1 ;#400 ;
        tx = 1'd0 ;#200 ;
        tx = 1'd1 ;#100 ;
        tx = 1'd0 ;#2100;
        #2000 ;
        tx = 1'd1 ;#100 ;
        tx = 1'd0 ;#200 ;
        tx = 1'd1 ;#1900;
        tx = 1'd0 ;#200 ;
        tx = 1'd1 ;#2000;
        #2000;
        $stop;
        end
endmodule

`timescale 1ns / 1ns
module button_debounce_tb_optimization(
    );

    reg clk ;
    reg tx ;
    reg reset ;
    wire bd_tx ;

    buttopn_debounde
    #(
        .delay(100)
      )
    buttopn_debounde_sim1(
    clk,
    tx,
    reset,
    bd_tx
    );

    initial clk = 1 ;
    always #10 clk = ! clk ;
    initial
        begin
        reset = 1'd0 ;
        tx = 1'd1 ;
        #200 ;
        reset = 1'd1 ;
        #2000 ;
        press_generator(1) ;
        #1000;
        press_generator(1) ;
        #10000;
        press_generator(1) ;
        #10000;
        $stop;
        end

    reg [31:0]rand ;
    task press_generator;
    input reg seeds;
        begin
            tx = 1 ;
            # 200 ;
            tx = ! tx ; //0    

            repeat(6)
            begin
                rand = {$random(seeds)} % ( 2000 );
                # rand ;
                tx = ! tx ;
            end

            #10000;

            repeat(5)
            begin
                tx = ! tx ;
                rand = {$random(seeds)} % ( 2000 );
                # rand ;
            end
            #10000;
        end
    endtask
endmodule