详解MCU独立按键消抖原因方法统统都有.docx
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详解MCU独立按键消抖原因方法统统都有
详解MCU独立按键消抖：
原因、方法统统都有
简单的说，进入了电子，不管是学纯模拟，还是学单片机，像DSP、ARM等处理器，或者是我们的FPGA，一般没有不用到按键的地方（按键：
人机交互控制，主要用于对系统的控制，信号的释放等）。
因此在这里，FPGA上应用的按键消抖动，也不得不讲！
一、为什么要消抖动
在按键被按下的短暂一瞬间，由于硬件上的抖动，往往会产生几毫秒的抖动，在这时候若采集信号，势必导致误操作，甚至系统崩溃；同样，在释放按键的那一刻，硬件上会相应的产生抖动，会产生同样的后果。
因此，在模拟或者数字电路中，我们要避免在最不稳定的时候采集信号进行操作。
对此，一般产用消抖动的原理，其可分为以下三种：
（1）延时
（2）N次低电平计数
（3）低通滤波
在数字电路中，一般采用第1、2种方法（后文中将详细介绍）。
二、各种消抖动
1、模拟电路按键消抖动
对于模拟电路中，一般消抖动用的是电容消抖动或者施密特触发等电路，再次不做具体介绍。
图片
2、单片机中按键消抖动
对于单片机中的按键消抖动，本节Bingo根据自己当年写过的单片机其中的一个代码来讲解，代码如下所示：
unsignedcharkey_sCAN（void）
{
if（key==0）//检测到被按下
{
delay（5）;//延时5ms，消抖
if（key!
=0）
retrurn0;//是抖动，返回退出
while（!
key1）;//确认被按下，等下释放
delay（5）;//延时5ms，消抖
while（!
key1）;//确认被释放
return1;//返回按下信号
}
return0;//没信号
}
针对以上代码，消抖动的顺序如下所示：
（1）检测到信号
（2）延时5ms，消抖动
（3）继续检测信号，确认是否被按下
a.是，则开始等待释放
b.否，则返回0，退出
（4）延时5ms，消抖动
（5）确认，返回按下信号，退出
当然，在单片机中也可以循环计数来确认是否被按下。
Bingo认为如此，太耗MCU资源，因此再次不做讲述。
3、FPGA中的按键消抖动
对于FPGA中的消抖动，很多教科书上都没有讲述。
但Bingo觉得这个很有必要。
对于信号稳定性以及准确性分析，按键信号必须有一个稳定的脉冲，不然对系统稳定性有很大的干扰。
此处Bingo用两种方法对FPGA中按键消抖动分析。
其中，第一种是通过状态机的使用直接移植以上MCU的代码，这个思想在FPGA状态机中很重要。
第二种，通过循环n次计数的方法来确认是否真的被按下，这种方法很适用于FPGA这种高速并行器件中。
一是，利用状态机移植MCU按键消抖动。
此模块由Bingo无数次修改测试最后成型的代码，在功能上可适配n个按键，在思想上利用单片机采用了单片机消抖动的思想。
具体代码实现过程请有需要的自行分析，本模块移植方便，Verilog代码如下所示：
/*************************************************
*ModuleName:
key_scan_jitter.v
*Engineer:
CrazyBingo
*TargetDevice:
EP2C8Q208C8
*Toolversions:
QuartusII11.0
*CreateDate:
2011-6-26
*Revision:
v1.0
*Description:
**************************************************/
modulekey_scan_jitter
#（
parameterKEY_WIDTH=2
）
（
inputclk,
inputrst_n,
input[KEY_WIDTH-1:
0]key_data,
outputkey_flag,
outputreg[KEY_WIDTH-1:
0]key_value
）;
reg[19:
0]cnt;//delay_5ms（249999）
reg[2:
0]state;
//-----------------------------------
always@（posedgeclkornegedgerst_n）
begin
if（!
rst_n）
cnt<=20'd0;
else
begin
cnt<=cnt+1'b1;
if（cnt==20'd249999）
cnt<=20'd0;
end
end
//-----------------------------------
regkey_flag_r;
reg[KEY_WIDTH-1:
0]key_data_r;
always@（posedgeclkornegedgerst_n）
begin
if（!
rst_n）
begin
key_flag_r<=1'b0;
key_value<={KEY_WIDTH{1'b0}};
end
elseif（cnt==20'd249999）//Delay_5ms
begin
case（state）
0:
begin
if（key_data!
={KEY_WIDTH{1'b1}}）
state<=1;
else
state<=0;
end
1:
begin
if（key_data!
={KEY_WIDTH{1'b1}}）
state<=2;
else
state<=0;
end
2:
begin
key_flag_r<=1'b1;
key_value<=key_data;//lockthekey_value
state<=3;
end
3:
begin
key_flag_r<=1'b0;//readthekey_value
if（key_data=={KEY_WIDTH{1'b1}}）
state<=4;
else
state<=3;
end
4:
begin
if（key_data=={KEY_WIDTH{1'b1}}）
state<=0;
else
state<=4;
end
endcase
end
end
//---------------------------------------
//Capturethefallingendgeofthekey_flag
regkey_flag_r0,key_flag_r1;
always@（posedgeclkornegedgerst_n）
begin
if（!
rst_n）
begin
key_flag_r0<=0;
key_flag_r1<=0;
end
else
begin
key_flag_r0<=key_flag_r;
key_flag_r1<=key_flag_r0;
end
end
assignkey_flag=key_flag_r1&~key_flag_r0;
endmodule
信号线说明如下：
clk
系统最高时钟
rst_n
系统复位信号
Key_data
按键信号（可根据需要配置为n位）
Key_flag
按键确认信号
Key_vaule
按键返回值
雷同上述MCU按键消抖动的状态，此模块可以模拟成一下5个状态，见statemachine：
图片
二是，循环n次计数消抖动。
同样，此模块也是Bingo无数次修改测试最后成型的代码，利用了更少的资源，更适用于并行高速FPGA的性能要求。
具体代码实现过程请有需要的自行分析，本模块通过相关时钟的适配，n次计数来确认按键信号，Verilog代码如下所示：
/*************************************************
*ModuleName:
key_scan.v
*Engineer:
CrazyBingo
*TargetDevice:
EP2C8Q208C8
*Toolversions:
QuartusII11.0
*CreateDate:
2011-6-25
*Revision:
v1.0
*Description:
**************************************************/
modulekey_scan
#（
parameterKEY_WIDTH=2
）
（
inputclk,//50MHz
inputrst_n,
input[KEY_WIDTH-1:
0]key_data,
outputkey_flag,
outputreg[KEY_WIDTH-1:
0]key_value
）;
//---------------------------------
//escapethejitters
reg[19:
0]key_cnt;//scancounter
reg[KEY_WIDTH-1:
0]key_data_r;
always@（posedgeclkornegedgerst_n）
begin
if（!
rst_n）
begin
key_data_r<={KEY_WIDTH{1'b1}};
key_cnt<=0;
end
else
begin
key_data_r<=key_data;//lockthekeyvalue
if（（key_data==key_data_r）&&（key_data!
={KEY_WIDTH{1'b1}}））//20msescapejitter
begin
if（key_cnt<20'hfffff）
key_cnt<=key_cnt+1'b1;
end
elsekey_cnt<=0;
end
end
wirecnt_flag=（key_cnt==20'hffffe）?
1'b1:
1'b0;//!
!
//-----------------------------------
//surethekeyispressed
regkey_flag_r;
always@（posedgeclkornegedgerst_n）
begin
if（!
rst_n）
begin
key_flag_r<=0;
key_value<=0;
end
elseif（cnt_flag）
begin
key_flag_r<=1;
key_value<=key_data;//lockedthedata
end
else//letgoyourhand
key_flag_r<=0;//lockthekey_value
end
//---------------------------------------
//Capturetherisingendgeofthekey_flag
regkey_flag_r0,key_flag_r1;
always@（posedgeclkornegedgerst_n）
begin
if（!
rst_n）
begin
key_flag_r0<=0;
key_flag_r1<=0;
end
else
begin
key_flag_r0<=key_flag_r;
key_flag_r1<=key_flag_r0;
end
end
assignkey_flag=~key_flag_r1&key_flag_r0;
endmodule
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