基于FPGA实现按键消抖处理

引言：按键在电子产品中经常用到，由于按键的机械特性，按键在闭合或松开的瞬间伴随着一连串的抖动，这样的抖动将直接影响设计系统的稳定性。因此，必须对抖动进行处理。本文介绍如何在FPGA中实现按键消抖处理。

1. 原理概述

在机械按键的触点闭合和断开时，都会产生抖动，为了保证系统能正确识别按键的开关，就必须对按键的抖动进行处理。按键抖动如下图所示。

图1：按键机械抖动

图2：按键输入在FPGA IO接口产生的抖动

抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。按键抖动会引起一次按键被误读多次，如图2所示。

按键消抖处理即：每次在按键闭合或松开期间，跳过这段抖动时间，再检测按键的状态。故通过简单的延时就可实现按键的消抖动。

2.软件代码设计

按键滤波模块key_filter.v设计采用状态机实现按键按下和弹起检测。

10ms延迟定时器：

always @(posedge clk_i)begin //10ms 延迟定时器
    if(cnt10ms < CNT_10MS) 
        cnt10ms <= cnt10ms + 1'b1;
    else 
        cnt10ms <= 25'd0;
end

按键检测状态机：

always @(posedge clk_i)begin
    key_s_r <= key_s;
end


always?@(posedge?clk_i)begin
    if(en_10ms)begin //10ms 延迟定时器
        case(key_s)
        KEY_S0:begin
           if(!key_i) //判断按键是否按下，如果按下，则转入状态KEY_S1
               key_s <= KEY_S1; 
        end  
        KEY_S1:begin
           if(!key_i) //10ms后，再次判断按键是否按下，
               key_s <= KEY_S2; //如果按下，则转入状态KEY_S2
            else 
               key_s <= KEY_S0; //如果未按下，则转回KEY_S0
        end 
        KEY_S2:begin
           if(key_i) //10ms后，判断按键是否弹起，如果弹起，则转入状态KEY_S3
               key_s <= KEY_S3; 
        end  
        KEY_S3:begin
           if(key_i) //10ms后，再次判断按键是否弹起，
              key_s <= KEY_S0; //如果弹起，则转入状态KEY_S0
            else   
              key_s <= KEY_S2; //如果未弹起，则转回KEY_S2
        end
        endcase                  
    end
end

assign key_cap = (key_s==KEY_S2)&&(key_s_r==KEY_S1);

3.硬件测试与验证

硬件平台：XC7Z035FFG676-2

Vivado软件：2017.4

工程编译完成后，下载bit文件到电路板，测试结果如下所示。