非同于MCU的獨立按鍵消抖動

簡單的說，進入了電子，不管是學純模擬，還是學單片機，DSP、ARM等處理器，或者是我們的FPGA，一般沒有不用到按鍵的地方。按鍵：人機交互控制，主要用于對系統的控制，信號的釋放等。因此在這里，FPGA上應用的按鍵消抖動，也不得不講！

一、為什么要消抖動

如上圖所示，在按鍵被按下的短暫一瞬間，由于硬件上的抖動，往往會產生幾毫秒的抖動，在這時候若采集信號，勢必導致誤操作，甚至系統崩潰；同樣，在釋放按鍵的那一刻，硬件上會相應的產生抖動，會產生同樣的后果。因此，在模擬或者數字電路中，我們要避免在最不穩定的時候采集信號，進行操作。

對此一般產用消抖動的原理。一般可分為以下幾種：

（1）延時

（2）N次低電平計數

（3）低通濾波

在數字電路中，一般產用（1）（2）種方法。后文中將詳細介紹。

二、各種消抖動

1. 模擬電路按鍵消抖動

對于模擬電路中，一般消抖動用的是電容消抖動或者施密特觸發等電路，再次不做具體介紹。

2. 單片機中按鍵消抖動

對于單片機中的按鍵消抖動，本節Bingo根據自己當年寫過的單片機其中的一個代碼來講解，代碼如下所示：

unsigned char key_scan(void)

{

if(key == 0) //檢測到被按下

{

delay(5); //延時5ms，消抖

if(key != 0)

retrurn 0; //是抖動，返回退出

while(!key1); // 確認被按下，等下釋放

delay(5); //延時5ms，消抖

while(!key1); //確認被釋放

return 1; //返回按下信號

}

return 0; //沒信號

}

針對以上代碼，消抖動的順序如下所示：

（1）檢測到信號

（2）延時5ms，消抖動

（3）繼續檢測信號，確認是否被按下

a) 是，則開始等待釋放

b) 否，則返回0，退出

（4）延時5ms，消抖動

（5）確認，返回按下信號，退出

當然在單片機中也可以循環計數來確認是否被按下。Bingo認為如此，太耗MCU資源，因此再次不做講述。

3. FPGA中的按鍵消抖動

對于FPGA中的消抖動，很多教科書上都沒有講述。但Bingo覺得這個很有必要。對于信號穩定性以及準確性分析，按鍵信號必須有一個穩定的脈沖，不然對系統穩定性有很大的干擾。

此處Bingo用兩種方法對FPGA中按鍵消抖動分析。其中第一種是通過狀態機的使用直接移植以上MCU的代碼，這個思想在FPGA狀態機中很重要。第二種，通過循環n次計數的方法來確認是否真的被按下，這種方法很實用在FPGA這種高速并行器件中。

（1）利用狀態機移植MCU按鍵消抖動

此模塊由Bingo無數次修改測試最后成型的代碼，在功能上可適配n個按鍵，在思想上利用單片機采用了單片機消抖動的思想。具體代碼實現過程請有需要的自行分析，本模塊移植方便，Verilog代碼如下所示：

/*************************************************

* Module Name : key_scan_jitter.v

* Engineer : Crazy Bingo

* Target Device : EP2C8Q208C8

* Tool versions : Quartus II 11.0

* Create Date : 2011-6-26

* Revision : v1.0

* Description :

**************************************************/

module key_scan_jitter

#(

parameter KEY_WIDTH = 2

)

(

input clk,

input rst_n,

input [KEY_WIDTH-1:0] key_data,

output key_flag,

output reg [KEY_WIDTH-1:0] key_value

);

reg [19:0] cnt; //delay_5ms(249999)

reg [2:0] state;

//-----------------------------------

always @(posedge clk or negedge rst_n)

begin

if(!rst_n)

cnt = 20'd0;

else

begin

cnt = cnt + 1'b1;

if(cnt == 20'd249999)

cnt = 20'd0;

end

end

//-----------------------------------