DAY2

✅ 버튼 구조

• 버튼을 누를 때, 노이즈나 진동에 의해 짧은 시간 내에 ON/OFF가 반복됨
• 이 현상을 바운스(Bounce) 라고 하며, 디바운싱(Debounce) 처리가 필요

✅ Shift Register를 이용한 디바운싱

💡 Shift Register 역할

• 버튼 입력(in_data)을 8클럭 동안 시프트 저장
• sh_reg 값이 전부 1이면, 버튼이 안정적으로 눌림 상태라고 판단

✅ shift_register 모듈 코드

module shift_register (
    input  logic       clk,
    input  logic       reset,
    input  logic       in_data,
    output logic [7:0] out_data
);

always_ff @(posedge clk or posedge reset) begin
    if(reset) begin
        out_data <= 0;
    end  
    else begin
        out_data <= {in_data, out_data[7:1]};     // right shift
        //out_data <= {out_data[6:0], in_data};   // left shift
    end   
end

endmodule

✅ 엣지 검출기 (Edge Detector)

🔍 개요

• 디바운싱된 버튼 입력(debounce)의 변화를 감지하여
  • 상승 엣지(rising_edge)
  • 하강 엣지(falling_edge)
  • 또는 둘 다(both_edge)를 검출하는 회로

✅ 동작 원리

edge_reg[1] ← 이전 상태  
edge_reg[0] ← 현재 상태  

변화 조건  
- 상승 엣지: 이전 0 → 현재 1  
- 하강 엣지: 이전 1 → 현재 0  
- 둘 다: 둘 중 하나라도 발생 시  

assign debounce = &sh_reg;
    //assign out_button = debounce;

    logic [1:0] edge_reg;

    always_ff @(posedge clk or posedge reset) begin
        if(reset) begin
            edge_reg <= 0;
        end
        else begin
            edge_reg[0] <= debounce;
            edge_reg[1] <= edge_reg[0];
        end
    end

    assign rising_edge = edge_reg[0] & ~edge_reg[1];
    assign falling_edge = ~edge_reg[0] & edge_reg[1];
    assign both_edge = rising_edge | falling_edge;

✅ 전체 구조 (Button Detector)

`timescale 1ns / 1ps

module button_detector(
    input  logic clk,
    input  logic reset,
    input  logic in_button,
    output logic rising_edge,
    output logic falling_edge,
    output logic both_edge
    );

    logic clk_1khz;
    logic debounce;
    logic [7:0] sh_reg;
    logic [$clog2(100000)-1:0] div_counter;

    always_ff @(posedge clk or posedge reset) begin
        if(reset)begin
            div_counter <= 0;
            clk_1khz <= 0;
        end
        else begin
            if(div_counter == 100000 - 1)begin
                clk_1khz <= 1;
                div_counter <= 0;
            end
            else begin
                div_counter <= div_counter + 1;
                clk_1khz <= 0;
            end
        end
    end
    
    shift_register u_shift_register(
        .clk        (clk_1khz),
        .reset      (reset),
        .in_data    (in_button),
        .out_data   (sh_reg)
    );

    assign debounce = &sh_reg;
    //assign out_button = debounce;

    logic [1:0] edge_reg;

    always_ff @(posedge clk or posedge reset) begin
        if(reset) begin
            edge_reg <= 0;
        end
        else begin
            edge_reg[0] <= debounce;
            edge_reg[1] <= edge_reg[0];
        end
    end

    assign rising_edge = edge_reg[0] & ~edge_reg[1];
    assign falling_edge = ~edge_reg[0] & edge_reg[1];
    assign both_edge = rising_edge | falling_edge;

endmodule

module shift_register (
    input  logic       clk,
    input  logic       reset,
    input  logic       in_data,
    output logic [7:0] out_data
);

always_ff @(posedge clk or posedge reset) begin
    if(reset) begin
        out_data <= 0;
    end  
    else begin
        out_data <= {in_data, out_data[7:1]};     // right shift
        //out_data <= {out_data[6:0], in_data};   // left shift
    end   
end
    
endmodule

✅ 검증 (Test Bench)

클래스 정의 (transaction)

• rand bit button : 랜덤 생성 1비트 버튼 값
• function bit run_random() : 현재 button 값을 반환

class transaction;
    rand bit button;

    function bit run_random();
        return button;
    endfunction

endclass

초기화

1. clk = 0, reset = 1
2. 10ns 후 reset = 0
3. in_button = 0으로 초기화, 20ns 대기

버튼 누름 (Push)

1. in_button = 1로 변경
2. 60회 반복:
   • tr.randomize()로 버튼 값 랜덤 생성
   • in_button에 랜덤 값 적용
   • 1ns 대기
3. in_button = 1로 고정, 150ns 대기

// push button
        in_button = 1;
        for(int i= 0; i < 60; i++)begin
            tr.randomize();
            in_button = tr.run_random();
            #1;
        end 
        in_button = 1;
        #150;

버튼 놓음 (Release)

1. in_button = 0으로 변경
2. 30회 반복:
   • 랜덤 버튼 값 생성 및 적용
   • 1ns 대기
3. in_button = 0로 고정, 100ns 대기

in_button = 0;
        for(int i= 0; i < 30; i++)begin
            tr.randomize();
            in_button = tr.run_random();
            #1;
        end
        in_button = 0;
        #100;
        $finish;

✅ 주요 특징

• 버튼 입력 바운스(Bounce) 효과를 랜덤 패턴으로 구현
• 상승/하강/양쪽 에지 검출 기능 검증
• 클래스 기반 랜덤 입력 생성으로 테스트 확장성 확보