SDRAM控制器设计之按键的处理

按键边沿检测

边沿检测经常用于按键输入检测电路中，按键按下时输入信号 key 变为低电平，按键抬起变为高电平。当输入的信号为理想的高低电平时（不考虑毛刺和抖动），边沿检测就发挥了很重要的作用。

由于输入的信号为一个连续值，我们需要通过时钟进行采样。根据采样定理，采样时钟的频率需要至少为被采信号频率的 2 倍。

设计的边沿检测电路的功能为：检测到 1 个下降沿或上升沿时，对应的下降沿输出信号 edge_pos、edge_neg 分别输出  1  个脉冲（即一个时钟周期的高电平）。下面以下降沿进行分析。

分析：在边沿检测的过程中，通过 1 个寄存器来寄存上一个时钟沿的输入值 D ，当寄存器输出 Q 与输入 D 的值分别为1、0时，证明检测到下降沿。

如上图所示，在第 2 个时钟周期的低电平期间，D 由高变低，在第 3 个时钟周期的上升沿，Q由高变低。在 D 由高变低的时刻，Q 为 1 ，D 为 0 ，证明检测到下降沿。

按键边沿捕获模块：

测试验证模块：

按一次按键，对应的LED灯就会亮。LED亮代表检测到了下降沿。

Signaltap 波形图：

按键硬件消抖电路

友晶科技很多板子的按键（都是按下为低电平）其实是已经有硬件消抖电路的， 这样的板子的按键的值 直接input 进来后 直接用就可以。

比如DE2-115  DE1-SOC  DE10-Standard 等等。这里都用74HC245芯片来消抖：

按键Verilog消抖电路

如果没有硬件上的消抖，我们可以手写Verilog代码替代消抖电路。

模板一

模板一的Verilog消抖的原理主要为按键按下或松开后延时 1ms—20ms 采样（这个时间是根据按键的机械特性自行决定）。

假设时钟是50M，按键消抖的思路是检测到按下时延时 50000个时钟周期，再检测，如果状态仍为按下，则确认是按下的；如果状态为弹起的，则确认是干扰，无按键按下。

按键消抖的Verilog实现的模板一如下：

 

module key_debounce                //按键消抖模块
(    input clk,                    //系统时钟
    input rst_n,                //系统复位
    input key[0],                    //按键输入
    output reg key_value,    //有效的按键值
);


    reg [31:0]cnt;//计数器
    reg value;//中间寄存器


    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n) begin
            cnt <= 0;                //初始状态下寄存器清零
            key_value <= 0;        //有效按键值清零        
            value <= 0;                //中间寄存器清零            
        end    
        else begin
            if(cnt == 50000) begin
                cnt <= 0;//每隔0.001秒检测一次 将key的值寄存到value寄存器当中（如果系统时钟是50MHz）
                value <= key[0];
                    
                if(value == 1 && key[0] == 0) //按键按下为0，平时为1
                    key_value <= 1;


            end                        
            else begin
                cnt <= cnt + 1;
                key_value <= 0;
            end
        end    
    end                
endmodule

 

模板二

模板二的检测原理是只有按键按下的状态持续50000个周期（这个时间可以自己再定义）以上，才认定是按键被按下了一次，否则算作是干扰被忽略掉。

模板二实现的是多个按键的去抖。

按键消抖的Verilog实现的模板二如下：

 

module debounce (
  clk,
  reset_n,
  data_in,
  data_out
);


  parameter WIDTH = 32;           // set to be the width of the bus being debounced
  parameter POLARITY = "HIGH";    // set to be "HIGH" for active high debounce or "LOW" for active low debounce
  parameter TIMEOUT = 50000;      // number of input clock cycles the input signal needs to be in the active state
  parameter TIMEOUT_WIDTH = 16;   // set to be ceil(log2(TIMEOUT))
  
  input wire clk;
  input wire reset_n;
  
  input wire [WIDTH-1:0] data_in;
  output wire [WIDTH-1:0] data_out;
  
  reg [TIMEOUT_WIDTH-1:0] counter [0:WIDTH-1];
  wire counter_reset [0:WIDTH-1];
  wire counter_enable [0:WIDTH-1];
  
  // need one counter per input to debounce
  genvar i;
  generate for (i = 0; i < WIDTH; i = i+1)
  begin:  debounce_counter_loop
    always @ (posedge clk or negedge reset_n)
    begin
      if (reset_n == 0)
      begin
        counter[i] <= 0;
      end
      else
      begin
        if (counter_reset[i] == 1)  // resetting the counter needs to win
        begin
          counter[i] <= 0;
        end
        else if (counter_enable[i] == 1)
        begin
          counter[i] <= counter[i] + 1'b1;
        end
      end
    end
 
    if (POLARITY == "HIGH")
    begin
      assign counter_reset[i] = (data_in[i] == 0);
      assign counter_enable[i] = (data_in[i] == 1) & (counter[i] < TIMEOUT);
      assign data_out[i] = (counter[i] == TIMEOUT) ? 1'b1 : 1'b0;
    end
    else
    begin
      assign counter_reset[i] = (data_in[i] == 1);
      assign counter_enable[i] = (data_in[i] == 0) & (counter[i] < TIMEOUT);
      assign data_out[i] = (counter[i] == TIMEOUT) ? 1'b0 : 1'b1;    
    end
    
  end  
  endgenerate
  
endmodule