機械彈性按鍵的原理和編程方法介紹

按鍵是數字系統最基本的輸入接口設備，本文主要介紹機械彈性按鍵的原理和編程方法。

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按鍵原理

以EGO1開放板按鍵為例，用戶可用的板載按鍵主要包括S6（低有效按鍵），S0~S4（高有效按鍵）。

由原理圖可以看到，按鍵S6在未按下時，FPGA引腳通過電阻連接3.3V高電平；當按鍵按下，與地連通，引腳電平被拉低。S0~S4則相反，按鍵未按下時，引腳為低電平；按鍵按下時，接通3.3V電源，引腳電平由低變高。

因此，我們通過檢測高低電平的變化，就可以檢測按鍵是否被按下。

但是實際情況是，我們使用的是機械彈性按鍵，在按鍵按下和彈起過程中會存在抖動，如圖（a）。

一般抖動會在5~10ms左右，按鍵持續時間在幾百ms，而FPGA時鐘是ns級的，檢測頻率很高，如果僅僅通過高低電平的變化去判斷按鍵是否被按下，則在一次按鍵按下時，就會被檢測為多次有效按鍵，如圖（b），從而造成誤觸發。

我們需要對按鍵信號進行消抖處理，得出圖（c）的穩定的按鍵信號。

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按鍵消抖方法

由于抖動大約5-10ms，可以使用一個15ms的計數器。

每當檢測到輸入有變化就復位計數器，然后進行15ms的延時，如果在15ms之內有抖動，計數器就會復位重新計數，直到能夠連續計數15ms，說明按鍵鍵值在15ms內沒有發生改變，按鍵進入穩定狀態，此時，可以輸出穩定的鍵值。

同樣，當按鍵彈起時出現鍵值的改變，就復位計數器，只有當按鍵穩定，計數器能夠連續計數15ms時，才輸出穩定的鍵值。這樣我們就得到一個穩定的沒有抖動的采樣鍵值。

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按鍵消抖的Verilog描述

遵循一個always描述一個信號的原則，下面分別對各個信號進行描述。

按鍵寄存器key_reg描述：

延時計數器delay_cnt描述:

鍵值key_value描述：

按鍵的標志信號key_p_flag和key_n_flag描述：

按鍵標志信號是一個指示按鍵有效的只持續1個時鐘周期的標志信號，一般作為后級模塊的控制信號。

當計數值為1并且鍵值為一是則為上升沿標志，當計數值為1，且鍵值為0，就輸出下降沿標志信號。

仿真波形如下圖。