按鍵在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到,。按鍵的彈跳現(xiàn)象是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的客觀問題,。按鍵是機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)接觸點(diǎn)斷開或閉合時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng),。為使每一次按鍵只做一次響應(yīng),，就必須去除抖動(dòng)。本文對(duì)按鍵的抖動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了分析,，并通過計(jì)數(shù)器的方式完成了消除抖動(dòng)電路模塊的設(shè)計(jì),。把該模塊應(yīng)用到按鍵控制LCD顯示的系統(tǒng)中，并在Memec代理的Virtex-4 MB系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng),。消抖電路的效果良好,，按鍵控制LCD顯示結(jié)果正常。

　　按鍵開關(guān)是電子設(shè)備人機(jī)交互的主要器件之一,。按鍵大多是機(jī)械式開關(guān)結(jié)構(gòu),，由于機(jī)械式開關(guān)的核心部件為彈性金屬簧片，因而在開關(guān)切換的瞬間會(huì)在接觸點(diǎn)出現(xiàn)來回彈跳的現(xiàn)象,。對(duì)于靈敏度比較高的電路,，這種彈跳現(xiàn)象引起的信號(hào)抖動(dòng)會(huì)造成誤動(dòng)作而影響到系統(tǒng)的正確性,。因此，我們需要設(shè)計(jì)按鍵彈跳消除電路來去除抖動(dòng).,。

　　1．彈跳消除電路的原理和功能

　　按鍵開關(guān)的典型連線分為低電平有效和高電平有效,，本文的是低電平有效。

　　機(jī)械開關(guān)的抖動(dòng)存在三種情況：按下時(shí)有抖動(dòng),，松開時(shí)也有抖動(dòng),；按下時(shí)有抖動(dòng)，松開時(shí)無抖動(dòng),；按下時(shí)無抖動(dòng),，松開時(shí)有抖動(dòng)。機(jī)械開關(guān)的抖動(dòng)波形,、抖動(dòng)次數(shù),、抖動(dòng)時(shí)間都是隨機(jī)的，并不是每次都會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng),。

　　不同開關(guān)的最長抖動(dòng)時(shí)間也不同,。抖動(dòng)時(shí)間的長短和機(jī)械開關(guān)特性有關(guān)，一般為5ms到10ms,。但是,，某些開關(guān)的抖動(dòng)時(shí)間長達(dá)20ms，甚至更長,。所以,，在具體設(shè)計(jì)中要具體分析，根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整設(shè)計(jì),。

　　彈跳現(xiàn)象以及彈跳消除如圖1 所示,，雖然只是按下按鍵一次后放掉，結(jié)果在按鍵信號(hào)穩(wěn)定先后竟出現(xiàn)了多個(gè)段脈沖,，如果將這樣的信號(hào)直接送到計(jì)數(shù)器之類的時(shí)序電路,，結(jié)果將可能發(fā)生計(jì)數(shù)超過一次以上的誤動(dòng)作，從而誤以為鍵盤按了多次,。因此,，必須加上彈跳消除電路，除去短脈沖,，避免誤操作的發(fā)生,。

　　2．按鍵彈跳消除模塊的實(shí)現(xiàn)

　　為了使按鍵彈跳消除模塊的更加簡潔，并且移植性好,，在此用計(jì)數(shù)器的方式實(shí)現(xiàn)消除按鍵抖動(dòng)的功能,。

　　2.1 計(jì)數(shù)器模值的計(jì)算

　　計(jì)數(shù)器模值的確定是按鍵彈跳消除效果的關(guān)鍵問題，如果值過大,，即采樣時(shí)間過長,，就會(huì)漏掉正確的信號(hào),；如果值過小，采樣時(shí)間過短,，則會(huì)將毛刺誤認(rèn)為是輸入信號(hào),。

　　計(jì)數(shù)器的模值n根據(jù)抖動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度和采樣信號(hào)clk的周期大小決定,。根據(jù)一般人按鍵的速度小于10Hz(每秒小于10次),，所以按鍵時(shí)間大于100ms，按占空比50%計(jì)算,，按下的時(shí)間大于50ms,。按這種約定，我們認(rèn)為按下的時(shí)間小于50ms的為抖動(dòng)信號(hào),，按下的時(shí)間大于50ms的是按鍵信號(hào),。即n=50ms/采樣脈沖信號(hào)周期，這樣就可以把按下的時(shí)間小于50ms的抖動(dòng)信號(hào)濾掉,。

　　在此,，根據(jù)實(shí)驗(yàn)板提供的系統(tǒng)時(shí)鐘來確定實(shí)際需要的模值。實(shí)驗(yàn)板提供的系統(tǒng)時(shí)鐘為100mHz,，通過分頻后得到25mHz的時(shí)鐘,，50ms*25mHz得到count的模值為21’h1312D0。采用這個(gè)模值得到的消抖時(shí)間大約為50ms,，符合要求,。

　　2.2 程序設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)一個(gè)高脈沖計(jì)數(shù)器count1和一個(gè)低脈沖計(jì)數(shù)器conut0。引入一個(gè)采樣脈沖信號(hào)clk,對(duì)輸入信號(hào)button_in進(jìn)行采樣,，并對(duì)clk進(jìn)行計(jì)數(shù),。若button_in為高電平，count1做加法計(jì)數(shù),，直到count1各位全為1,，停止計(jì)數(shù)，歸零,，使消抖后的輸出信號(hào)button_out輸出1,。若button_in為低電平，count0做加法計(jì)數(shù),，直到count0各位全為1,，停止計(jì)數(shù)歸零，并使消抖后的輸出信號(hào)button_out輸出0,。

　　部分程序如下：

　　3 按鍵彈跳消除模塊的實(shí)際應(yīng)用

　　利用Memec virtex-4 開發(fā)板,，通過開發(fā)板上的按鈕輸入8位的01控制代碼，用開發(fā)板上的開關(guān)輸入狀態(tài)控制位,，從而控制板上的1602 C型字符型液晶模塊的顯示模式和內(nèi)容,。

　　LCD控制信號(hào)生成模塊：根據(jù)按鈕輸入,，產(chǎn)生控制顯示模塊的8位控制信號(hào)。對(duì)按鈕送入該模塊的1位（0/1）信號(hào)進(jìn)行保存并進(jìn)行轉(zhuǎn)換,，使每8次輸入形成一個(gè)8位的信號(hào),。如果輸入不滿8位或需重新輸入，則取消上次結(jié)果,；如果確定輸入結(jié)果正確,，則將8位信號(hào)保存并輸出。

　　LCD顯示控制模塊：完成1602 C型字符型液晶模塊的初始化,，并根據(jù)控制信號(hào)完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換,。

　　總系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4：

　　結(jié)束語

　　本文進(jìn)行性模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了彈跳消除電路模塊,、LCD控制信號(hào)生成模塊和LCD顯示控制模塊組成的系統(tǒng)的具體功能,，在Memec實(shí)驗(yàn)板上運(yùn)行效果良好。并且在用FPGA進(jìn)行電路調(diào)試的時(shí)候,，可以將該系統(tǒng)嵌入其它電路中,，增加需要的測試點(diǎn)和觀察點(diǎn)，通過按鈕控制顯示,，可以動(dòng)態(tài)的對(duì)電路進(jìn)行測試,，找出問題，使調(diào)試更加直觀,，從而提高的FPGA的內(nèi)部信號(hào)的可觀察性,，提高驗(yàn)證效率。