引言：按鍵在電子產品中經常用到，由于按鍵的機械特性，按鍵在閉合或松開的瞬間伴隨著一連串的抖動，這樣的抖動將直接影響設計系統的穩定性。因此，必須對抖動進行處理。本文介紹如何在FPGA中實現按鍵消抖處理。

1. 原理概述

在機械按鍵的觸點閉合和斷開時，都會產生抖動，為了保證系統能正確識別按鍵的開關，就必須對按鍵的抖動進行處理。按鍵抖動如下圖所示。

圖1：按鍵機械抖動

圖2：按鍵輸入在FPGA IO接口產生的抖動

抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms～10ms。這是一個很重要的時間參數，在很多場合都要用到。按鍵穩定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數秒。按鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，如圖2所示。

按鍵消抖處理即：每次在按鍵閉合或松開期間，跳過這段抖動時間，再檢測按鍵的狀態。故通過簡單的延時就可實現按鍵的消抖動。

2.軟件代碼設計

按鍵濾波模塊key_filter.v設計采用狀態機實現按鍵按下和彈起檢測。

10ms延遲定時器：

always @(posedge clk_i)begin //10ms 延遲定時器
    if(cnt10ms < CNT_10MS) 
        cnt10ms <= cnt10ms + 1'b1;
    else 
        cnt10ms <= 25'd0;
end

按鍵檢測狀態機：

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


always?@(posedge?clk_i)begin
    if(en_10ms)begin //10ms 延遲定時器
        case(key_s)
        KEY_S0:begin
           if(!key_i) //判斷按鍵是否按下，如果按下，則轉入狀態KEY_S1
               key_s <= KEY_S1; 
        end  
        KEY_S1:begin
           if(!key_i) //10ms后，再次判斷按鍵是否按下，
               key_s <= KEY_S2; //如果按下，則轉入狀態KEY_S2
            else 
               key_s <= KEY_S0; //如果未按下，則轉回KEY_S0
        end 
        KEY_S2:begin
           if(key_i) //10ms后，判斷按鍵是否彈起，如果彈起，則轉入狀態KEY_S3
               key_s <= KEY_S3; 
        end  
        KEY_S3:begin
           if(key_i) //10ms后，再次判斷按鍵是否彈起，
              key_s <= KEY_S0; //如果彈起，則轉入狀態KEY_S0
            else   
              key_s <= KEY_S2; //如果未彈起，則轉回KEY_S2
        end
        endcase                  
    end
end

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

3.硬件測試與驗證

硬件平臺：XC7Z035FFG676-2

Vivado軟件：2017.4

工程編譯完成后，下載bit文件到電路板，測試結果如下所示。