基于FPGA的按键弹跳消除模块的研究与应用

按键在数字电路设计中经常用到。按键的弹跳现象是数字系统设计中存在的客观问题。按键是机械触点，当接触点断开或闭合时会产生抖动。为使每一次按键只做一次响应，就必须去除抖动。本文对按键的抖动信号进行了分析，并通过计数器的方式完成了消除抖动电路模块的设计。把该模块应用到按键控制LCD显示的系统中，并在Memec代理的Virtex-4 MB系统实验板上实现了该系统。消抖电路的效果良好，按键控制LCD显示结果正常。

按键开关是电子设备人机交互的主要器件之一。按键大多是机械式开关结构，由于机械式开关的核心部件为弹性金属簧片，因而在开关切换的瞬间会在接触点出现来回弹跳的现象。对于灵敏度比较高的电路，这种弹跳现象引起的信号抖动会造成误动作而影响到系统的正确性。因此，我们需要设计按键弹跳消除电路来去除抖动.。

1.弹跳消除电路的原理和功能

按键开关的典型连线分为低电平有效和高电平有效，本文的是低电平有效。

机械开关的抖动存在三种情况：按下时有抖动，松开时也有抖动;按下时有抖动，松开时无抖动;按下时无抖动，松开时有抖动。机械开关的抖动波形、抖动次数、抖动时间都是随机的，并不是每次都会产生抖动。

不同开关的最长抖动时间也不同。抖动时间的长短和机械开关特性有关，一般为5ms到10ms。但是，某些开关的抖动时间长达20ms，甚至更长。所以，在具体设计中要具体分析，根据实际情况来调整设计。

弹跳现象以及弹跳消除如图1 所示，虽然只是按下按键一次后放掉，结果在按键信号稳定先后竟出现了多个段脉冲，如果将这样的信号直接送到计数器之类的时序电路，结果将可能发生计数超过一次以上的误动作，从而误以为键盘按了多次。因此，必须加上弹跳消除电路，除去短脉冲，避免误操作的发生。

2.按键弹跳消除模块的实现

为了使按键弹跳消除模块的更加简洁，并且移植性好，在此用计数器的方式实现消除按键抖动的功能。

2.1 计数器模值的计算

计数器模值的确定是按键弹跳消除效果的关键问题，如果值过大，即采样时间过长，就会漏掉正确的信号;如果值过小，采样时间过短，则会将毛刺误认为是输入信号。

计数器的模值n根据抖动信号的脉冲宽度和采样信号clk的周期大小决定。根据一般人按键的速度小于10Hz(每秒小于10次)，所以按键时间大于100ms，按占空比50%计算，按下的时间大于50ms。按这种约定，我们认为按下的时间小于50ms的为抖动信号，按下的时间大于50ms的是按键信号。即n=50ms/采样脉冲信号周期，这样就可以把按下的时间小于50ms的抖动信号滤掉。

在此，根据实验板提供的系统时钟来确定实际需要的模值。实验板提供的系统时钟为100mHz，通过分频后得到25mHz的时钟，50ms*25mHz得到count的模值为21’h1312D0。采用这个模值得到的消抖时间大约为50ms，符合要求。