关于FGPA的复位

当初开始学FPGA的时候,总是疑惑:FPGA不是没有复位管教么,但总在always看到有复位信号。这个复位信号(我们暂且称为rst_n)从哪里来?

实际上是可以从两个方面获得的,这与我们的MCU一样。

  1. 上电自动复位
  2. 手动按键复位

考虑到系统的初始化可能需要一定的时间,需要写一段Verilog代码进行延时复位,这段代码综合后就是上电自动复位的过程,上电自动复位也要外部硬件提供一个低电平脉冲,第二种方法要求有按键复位的按键电路。作为一个正常的系统,上电自动复位和手动的按键复位都是必须的,且两者实际上是不可分割的。

上电自动复位

原理上很简单,写一个复位模块,等待一段稳定时间,将复位信号拉低一段足够长的时间,再将复位信号拉高。

如下Verilog源码,外部按键复位也将作为模块的一个引脚输入,用于异步的全局复位操作,正常的复位操作要进行,必须要求外部有一个短暂的脉冲作用在rst_n信号上,这可以通过按键电路中的RC电路实现。

 /**************************************
* 功能:上电复位模块
* 输入参数:
* clk: 50M 时钟输入
* rst_n:外部按键全局复位信号
* 输出参数:
* sys_rst_n:系统全局同步复位信号
***************************************/
module reset
(
input clk,
input rst_n,
output sys_rst_n
); //------------------------------------------
// Delay 100ms for steady state
reg [:] cnt;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
cnt <= ;
else
begin
if(cnt < 'd50_00000) //100ms
cnt <= cnt+'b1;
else
cnt <= cnt;
end
end //------------------------------------------
//rst_n synchronism
reg rst_nr0;
reg rst_nr1;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
rst_nr0 <= ;
rst_nr1 <= ;
end
else if(cnt == 'd50_00000)
begin
rst_nr0 <= ;
rst_nr1 <= rst_nr0;
end
else
begin
rst_nr0 <= ;
rst_nr1 <= ;
end
end assign sys_rst_n = rst_nr1; endmodule

按键手动复位电路

不使用专用芯片的参考低电平复位电路如下:

电路中的复位管脚一端连接到FPGA的某个普通通用管脚,这样电路中的RC电路将产生上面Verilog代码中的rst_n上电低脉冲,这就是本文开头说自动上电复位和硬件按键复位相辅相成。

请注意两个电阻的值,R21要是R22的两个数量级以上,这样才能保证按键按下后被识别为低电平。

手动复位过程中为保证按键复位的稳定性,还可以修改上面的Verilog代码进行按键消抖检测。下面是抓到的按键在闭合的时候的波形:

按键在几个us之内就能达到低电平,该期间触点抖动比较严重。

 module RMV_BJ (
BJ_CLK, //采集时钟,40Hz
RESET, //系统复位信号
BUTTON_IN, //按键输入信号
BUTTON_OUT //消抖后的输出信号
);
input B_CLK;
input RESET;
input BUTTON_IN;
output BUTTON_OUT;
reg BUTTON_IN_Q, BUTTON_IN_2Q, BUTTON_IN_3Q; always @(posedge BJ_CLK or negedge RESET)
begin
if(~RESET)
begin
BUTTON_IN_Q <= 'b1;
BUTTON_IN_2Q <= 'b1;
BUTTON_IN_3Q <= 'b1;
end
else
begin
BUTTON_IN_Q <= BUTTON_IN;
BUTTON_IN_2Q <= BUTTON_IN_Q;
BUTTON_IN_3Q <= BUTTON_IN_2Q;
end
end wire BUTTON_OUT = BUTTON_IN_2Q | BUTTON_IN_3Q; endmodule

上面的方法不能产生一个时钟脉冲的信号,如下的可以用10ms来采样,同时按键动作会产生一个时钟脉冲的信号,便于后续操作

 /*--------------------------------------------------------------------------------------
-- Filename ﹕ debounce_module.v
-- Author ﹕tony-ning
-- Description ﹕按键消抖
-- Called by ﹕Top module
-- Revision History ﹕15-10-16
-- Revision 1.0
-- Company ﹕
-- Copyright(c) All right reserved
---------------------------------------------------------------------------------------*/ module debounce_module
(
CLK, //采集时钟,40Hz
RSTn, //系统复位信号
BUTTON_IN, //按键输入信号
BUTTON_OUT //消抖后的输出信号
);
input CLK;
input RSTn;
input BUTTON_IN;
output BUTTON_OUT; reg key_reg1,key_reg2,key_out;
reg [:]count2; always @( posedge CLK)//CLK 25M
begin
count2<=count2+;
if(count2==)
begin
key_reg1<=BUTTON_IN;
count2<=;
end
key_reg2<=key_reg1;
key_out<=key_reg2&(!key_reg1);
end assign BUTTON_OUT = key_out; endmodule

除了上面简单的复位电路,还可使用CAT811/TPS3823-33等专门的复位芯片,可以免去按键按键消抖的操作。

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