【VerilogHDL】チャタリング除去回路

前提・実現したいこと

Verilog HDLにて、参考書のチャタリング処理を理解すること。

理解できない問題

下記、ソースの処理が理解できない。
ご教授いただければ助かります。

module debounce (
    input       CLK,
    input       RST,
    input       BTNIN,
    output  reg BTNOUT
);

/* 125MHzを分周し40Hzを作成 */
reg [21:0] cnt22;

wire en40hz = (cnt22==22'd3125000-1);

always @( posedge CLK ) begin
    if ( RST )
        cnt22 <= 22'h0;
    else if ( en40hz )
        cnt22 <= 22'h0;
    else
        cnt22 <= cnt22 + 22'h1;
end

/* スイッチ入力をFF2個で受ける */
reg ff1, ff2;

always @( posedge CLK ) begin
    if ( RST ) begin
        ff1 <= 1'b0;
        ff2 <= 1'b0;
    end
    else if ( en40hz ) begin
        ff2 <= ff1;
        ff1 <= BTNIN;
    end
end

/* 立ち上がり検出し、FFで受ける */
wire temp = ff1 & ~ff2 & en40hz;

always @( posedge CLK ) begin
    if ( RST )
        BTNOUT <= 1'b0;
    else
        BTNOUT <= temp;
end

endmodule

該当のソースコード

私の理解は、スイッチ入力をFF2個で受けとり
スイッチの値が前値が0で、現在の値が1であるから立ち上がった値である。
そして、40Hzの間隔でCLK１上がった時のタイミングである。
それのタイミングをANDしている。とソースから推測しました。

40Hz間隔のCLK１周期で、１回分の値でスイッチが押された？ってなんでそれが正しい値なのかが
自分にはわからないです。たとえばノイズだったりとかでも誤動作しないのか？
など考えてしまい。この処理で良いのかがわからないです。

/* スイッチ入力をFF2個で受ける */
reg ff1, ff2;

always @( posedge CLK ) begin
    if ( RST ) begin
        ff1 <= 1'b0;
        ff2 <= 1'b0;
    end
    else if ( en40hz ) begin
        ff2 <= ff1;
        ff1 <= BTNIN;
    end
end

/* 立ち上がり検出し、FFで受ける */
wire temp = ff1 & ~ff2 & en40hz;

マイコンでのチャタリング処理

void *func_thread(void* args) {
	static int last=0;		//前回のスイッチの確定値
	static int sw1=0;		//今回のスイッチの読取り値
	static int sw2=0;		//前回のスイッチの読取り値
	static int sw3=0;		//前々回のスイッチの読取り値
	static int cnt=0;		//スイッチ読取りのタイミング調製用カウンタ

    printf("thread start\n");
    while(1){
        
        if(kill == 1) break;
        if(cnt==9){					    	//10ms間隔で読み取る
            cnt = 0;
            sw3 = sw2;						//前々回のスイッチの読取り値を保存する
            sw2 = sw1;						//前回のスイッチの読取り値を保存する
            sw1 = get_sw();					//今回のスイッチの読取り値を保存する
            if((sw3==sw2) && (sw2==sw1)) now = sw1;		//今回と前回と前々回のスイッチの読取り値が
                                                        //等しければ、それを現在のスイッチの確定値とする
            if(now!=last){					
                if(now & ~last){			//前回と今回(現在)のスイッチの確定値が異なる場合
                    up |= switch_on;		//立上がり（スイッチの押下）検出
                    if(up & 0x1){
                        rew = now;
                    }
                }
                last = now;					//今回のスイッチの確定値を(最後の値として)保存する
            }
            
        }else{
            cnt++;
        }
    }
    return 0;
}

三回スイッチの値を取得して、一致したら、立ち上がり処理をしています。
VerilogHDLでは、値を三回取得してから、立ち上がり処理などしなくていいのかが分からないです。

ハザード処理について

always @( posedge CLK ) begin
    if ( RST )
        BTNOUT <= 1'b0;
    else
        BTNOUT <= temp;
end

これで回避できる理由が理解できなくて、説明が欲しいです。
どうしても納得ができなくて、先に進めなく、ご教授いただけると助かります。

行動規範の内容に同意します

回答2件

ベストアンサー

チャタリングで不安定になっている時間はen40hzの間隔より十分短いので
en40hzに同期して値を取ればチャタリングの影響を除去できます。

各種タイミングでの波形(L=_, H=*)

BTNIN  _____________*_*_***__****************************************
ff1    ________________________**************************************
ff2    _________________________________________*********************
en40hz _______*________________*________________*________________*___
temp   ________________________*_____________________________________

BTNIN  _____________________*_*_**__*********************************
ff1    _________________________________________*********************
ff2    __________________________________________________________****
en40hz _______*________________*________________*________________*___
temp   _________________________________________*____________________

BTNIN  ______________________*_*_**__********************************
ff1    ________________________**************************************
ff2    _________________________________________*********************
en40hz _______*________________*________________*________________*___
temp   ________________________*_____________________________________

ハザード

ffの出力からtempへの入力までには配線遅延があって
例えば仮にff2(~ff2)の入力がen40hzより遅れるとtempにヒゲが出ます。
しかし配線遅延は1クロック内(より短い)に収まるように配線されるので
(配線されなかったとき:タイミングエラー)
FFで受ければヒゲが消えます。

CLK        /                 /
ff1     ***********************
ff2     ___********************
en40hz  ___******************__

ff1'    ***********************
ff2'    _____________**********
en40hz' ________***************
temp    ________*****__________
BTNOUT  _______________________

(/は立ち上がりエッジ)

投稿2019/12/09 23:29

編集2019/12/10 00:12

ozwk

総合スコア13521

kakuwane

2019/12/11 01:56

詳細に記載していただき、ありがとうございます。本を色々読み漁っている段階で、理解がまだいろいろ追いついていってなく凄く助かりました。あと一つ質問してもよろしいでしょうか？チャタリング処理の参考書を読んでいるとメタステーブル対策をしているかと書かれていまして。 DFFを複数段入れること不安定な値が伝搬しなくなる。と書いてあり、同じことなのか？理解できていません。同じことなのでしょうか？