浅谈MCU的独立按键消抖动的原因和类型

简单的说，进入了电子，不管是学纯模拟，还是学单片机，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

如上图所示，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。一般可分为以下几种：

（1）延时

（2）N次低电平计数

（3）低通滤波

在数字电路中，一般产用（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。

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：

unsigned char key_sCAN(void)

{

if(key == 0) //检测到被按下

{

delay(5); //延时5ms，消抖

if(key != 0)

retrurn 0; //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

return 1; //返回按下信号

}

return 0; //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，这种方法很实用在FPGA这种高速并行器件中。

（1）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：

/*************************************************

* Module Name : key_scan_jitter.v

* Engineer : Crazy Bingo

* Target DevICe : EP2C8Q208C8

* Tool versions : QUARTus II 11.0

* Create Date : 2011-6-26

* Revision : v1.0

* Description :

**************************************************/

module key_scan_jitter

#(

parameter KEY_WIDTH = 2

)

(

input clk,

input rst_n,

input [KEY_WIDTH-1:0] key_data,

output key_flag,

output reg [KEY_WIDTH-1:0] key_value

);

reg [19:0] cnt; //delay_5ms(249999)

reg [2:0] state;

//-----------------------------------

always @(posedge clk or negedge rst_n)