Verilog 按键去抖模块代码详解：一步步解读

这是一个用 Verilog 语言写的按键去抖模块。模块的输入包括时钟信号 i_clk、复位信号 i_rst_n 和一个 10 位的按键输入信号 i_key，其中按下为 0，松开为 1。模块的输出为一个 10 位的键值信号 o_key_val。

module key_debounce(
  input            i_clk,
  input            i_rst_n,
  input      [9:1] i_key,               // 按下为 0，松开为 1
  output reg [9:1] o_key_val            // 键值
);

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
reg [9:1] key_samp1, key_samp1_locked;

// 将 i_key 采集至 key_samp1
always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)
  if(!i_rst_n) 
    key_samp1 <= 9'h1FF;
  else         
    key_samp1 <= i_key;

// 将 key_samp1 锁存至 key_samp1_locked
always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)
  if(!i_rst_n) 
    key_samp1_locked <= 9'h1FF;
  else         
    key_samp1_locked <= key_samp1;
//--------------------------------------

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wire [9:1] key_changed1;

// 当 key_samp1 由 1 变为 0 时
// key_changed1 由 0 变为 1，只维持一个时钟周期
assign key_changed1 = key_samp1_locked & (~key_samp1); 
//--------------------------------------


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reg [19:0] cnt;

// 一旦有按键按下，cnt 立即被清零
always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)
  if(!i_rst_n)
    cnt <= 20'h0;
  else if(key_changed1)
    cnt <= 20'h0;
  else
    cnt <= cnt + 1'b1;
//--------------------------------------


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reg [9:1] key_samp2, key_samp2_locked;

// 只有当按键不变化（不抖动），且维持 20ms 以上时
// 才将 i_key 采集至 key_samp2
always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)
  if(!i_rst_n)
    key_samp2 <= 9'h1FF;
  else if(cnt == 20'hF_FFFF)            // 0xFFFFF/50M = 20.9715ms
    key_samp2 <= i_key;

// 将 key_samp2 锁存至 key_samp2_locked
always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)
  if(!i_rst_n)
    key_samp2_locked <= 9'h1FF;
  else
    key_samp2_locked <= key_samp2;
//--------------------------------------

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
wire [9:1] key_changed2;

// 当 key_samp2 由 1 变为 0 时
// key_changed2 由 0 变为 1，只维持一个时钟周期
assign key_changed2 = key_samp2_locked & (~key_samp2); 
//--------------------------------------


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// 每次按键稳定后，输出键值
// 按下为 0，松开为 1
always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n)
  if(!i_rst_n)
    o_key_val <= 9'h1FF;
  else
    o_key_val <= ~key_changed2;
//--------------------------------------

endmodule

接下来是代码的解释：

reg [9:1] key_samp1, key_samp1_locked;

定义了两个 10 位的寄存器 key_samp1 和 key_samp1_locked，用于存储第一次采集到的按键信号和锁存后的按键信号。

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n) if(!i_rst_n) key_samp1 <= 9'h1FF; else key_samp1 <= i_key;

通过 always 块实现 i_key 信号的采样，当 i_rst_n 为低电平时，将 key_samp1 初始化为全 1，否则将 i_key 赋值给 key_samp1。

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n) if(!i_rst_n) key_samp1_locked <= 9'h1FF; else key_samp1_locked <= key_samp1;

通过 always 块实现 key_samp1 信号的锁存，当 i_rst_n 为低电平时，将 key_samp1_locked 初始化为全 1，否则将 key_samp1 赋值给 key_samp1_locked。

wire [9:1] key_changed1;

定义一个 10 位的 wire 类型变量 key_changed1，用于表示按键状态是否发生变化。

assign key_changed1 = key_samp1_locked & (~key_samp1);

通过 assign 语句实现按键状态的检测，当 key_samp1 由 1 变为 0 时，key_changed1 由 0 变为 1，只维持一个时钟周期。

reg [19:0] cnt;

定义一个 20 位的寄存器 cnt，用于计数按键状态维持的时间。

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n) if(!i_rst_n) cnt <= 20'h0; else if(key_changed1) cnt <= 20'h0; else cnt <= cnt + 1'b1;

通过 always 块实现按键状态的计数，当 i_rst_n 为低电平时，将 cnt 初始化为 0，当按键状态发生变化时，将 cnt 清零，否则 cnt 加 1。

reg [9:1] key_samp2, key_samp2_locked;

定义了两个 10 位的寄存器 key_samp2 和 key_samp2_locked，用于存储第二次采集到的按键信号和锁存后的按键信号。

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n) if(!i_rst_n) key_samp2 <= 9'h1FF; else if(cnt == 20'hF_FFFF) key_samp2 <= i_key;

通过 always 块实现第二次按键信号的采样，当 i_rst_n 为低电平时，将 key_samp2 初始化为全 1，否则当按键状态维持 20ms 以上时，将 i_key 赋值给 key_samp2。

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n) if(!i_rst_n) key_samp2_locked <= 9'h1FF; else key_samp2_locked <= key_samp2;

通过 always 块实现 key_samp2 信号的锁存，当 i_rst_n 为低电平时，将 key_samp2_locked 初始化为全 1，否则将 key_samp2 赋值给 key_samp2_locked。

wire [9:1] key_changed2;

定义一个 10 位的 wire 类型变量 key_changed2，用于表示按键状态是否发生变化。

assign key_changed2 = key_samp2_locked & (~key_samp2);

通过 assign 语句实现按键状态的检测，当 key_samp2 由 1 变为 0 时，key_changed2 由 0 变为 1，只维持一个时钟周期。

always @ (posedge i_clk, negedge i_rst_n) if(!i_rst_n) o_key_val <= 9'h1FF; else o_key_val <= ~key_changed2;

通过 always 块实现键值的输出，当 i_rst_n 为低电平时，将 o_key_val 初始化为全 1，否则将 key_changed2 取反后赋值给 o_key_val，表示按键被按下时输出 0，松开时输出 1。

最终，这个模块实现了按键去抖的功能，通过采样、计数、锁存和状态检测等步骤，得到稳定的按键状态，并输出对应的键值。