按鍵在數(shù)字電路設(shè)計中經(jīng)常用到。按鍵的彈跳現(xiàn)象是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中存在的客觀問題,。按鍵是機械觸點,，當接觸點斷開或閉合時會產(chǎn)生抖動。為使每一次按鍵只做一次響應(yīng),，就必須去除抖動,。本文對按鍵的抖動信號進行了分析，并通過計數(shù)器的方式完成了消除抖動電路模塊的設(shè)計,。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)實驗板上實現(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)備人機交互的主要器件之一。按鍵大多是機械式開關(guān)結(jié)構(gòu),，由于機械式開關(guān)的核心部件為彈性金屬簧片,，因而在開關(guān)切換的瞬間會在接觸點出現(xiàn)來回彈跳的現(xiàn)象。對于靈敏度比較高的電路,，這種彈跳現(xiàn)象引起的信號抖動會造成誤動作而影響到系統(tǒng)的正確性,。因此，我們需要設(shè)計按鍵彈跳消除電路來去除抖動.,。

　　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。

　　機械開關(guān)的抖動存在三種情況：按下時有抖動,，松開時也有抖動,；按下時有抖動，松開時無抖動,；按下時無抖動,，松開時有抖動。機械開關(guān)的抖動波形,、抖動次數(shù),、抖動時間都是隨機的，并不是每次都會產(chǎn)生抖動,。

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

　　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)果在按鍵信號穩(wěn)定先后竟出現(xiàn)了多個段脈沖，如果將這樣的信號直接送到計數(shù)器之類的時序電路,，結(jié)果將可能發(fā)生計數(shù)超過一次以上的誤動作,，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,，在此用計數(shù)器的方式實現(xiàn)消除按鍵抖動的功能,。

　　2.1 計數(shù)器模值的計算

　　計數(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,，即采樣時間過長,，就會漏掉正確的信號；如果值過小,，采樣時間過短,，則會將毛刺誤認為是輸入信號。

　　計數(shù)器的模值n根據(jù)抖動信號的脈沖寬度和采樣信號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),，所以按鍵時間大于100ms，按占空比50%計算,，按下的時間大于50ms,。按這種約定，我們認為按下的時間小于50ms的為抖動信號,，按下的時間大于50ms的是按鍵信號,。即n=50ms/采樣脈沖信號周期，這樣就可以把按下的時間小于50ms的抖動信號濾掉,。

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

　　2.2 程序設(shè)計

　　設(shè)計一個高脈沖計數(shù)器count1和一個低脈沖計數(shù)器conut0,。引入一個采樣脈沖信號clk,對輸入信號button_in進行采樣，并對clk進行計數(shù),。若button_in為高電平,，count1做加法計數(shù)，直到count1各位全為1,，停止計數(shù),，歸零，使消抖后的輸出信號button_out輸出1,。若button_in為低電平,，count0做加法計數(shù)，直到count0各位全為1,，停止計數(shù)歸零,，并使消抖后的輸出信號button_out輸出0。

　　部分程序如下：

　　3 按鍵彈跳消除模塊的實際應(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。對按鈕送入該模塊的1位（0/1）信號進行保存并進行轉(zhuǎn)換,，使每8次輸入形成一個8位的信號,。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)控制信號完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換,。

　　總系統(tǒng)設(shè)計如圖4：

　　結(jié)束語

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