EDA弹跳消除电路.doc

关键字关键字:按键抖动按键抖动 计数器模值计数器模值 LCD 模块化设计模块化设计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．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．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 计数器模值计数器模值的计算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2.2 程序设计程序设计设计一个高脉冲计数器 count1 和一个低脉冲计数器 conut0引入一个采样脉冲信号 clk,对输入信号 button_in 进行采样，并对 clk 进行计数若 button_in 为高电平，count1 做加法计数，直到 count1 各位全为 1，停止计数，归零，使消抖后的输出信号 button_out 输出 1若 button_in 为低电平，count0 做加法计数，直到 count0 各位全为 1，停止计数归零，并使消抖后的输出信号 button_out 输出 0部分程序如下：module filter(clk,reset,button_in,button_out);input clk;input reset;input button_in;output button_out;wire buttong_out1;reg [20:0] count0;reg [20:0] count1;reg button_out1_reg;……assign button_out=button_out1_reg;//对输入进行采样，计数always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset) count1<=21'h000000;else if(button_out1==1'b1) count1<=count1+1;//对高电平计数else count1<=21'h000000;endalways@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset) count0<=21'h000000;else if(button_out1==1'b0) count0<=count0+1;//对低电平计数else count0<=21’h000000;end//输出always@(posedge clk or negedge resetbeginif(!reset) button_out1_reg<=1'b1;else if(count0==21'h1312D0) //判断低电平信号是否符合输出条件button_out1_reg<=1'b0; //如果符合条件，则输出低电平else if(count1==21'h1312D0) //判断低电平信号是否符合输出条件button_out1_reg<=1'b1; //如果符合条件，则输出高电平else button_out1_reg<=button_out1_reg;endendmodule3 按键弹跳消除模块的实际应用按键弹跳消除模块的实际应用利用 Memec virtex-4 开发板，通过开发板上的按钮输入 8 位的 01 控制代码，用开发板上的开关输入状态控制位，从而控制板上的 1602 C 型字符型液晶模块的显示模式和内容。

LCD 控制信号生成模块：根据按钮输入，产生控制显示模块的 8 位控制信号对按钮送入该模块的 1 位（0/1）信号进行保存并进行转换，使每 8 次输入形成一个 8 位的信号如果输入不满 8 位或需重新输入，则取消上次结果；如果确定输入结果正确，则将 8 位信号保存并输出LCD 显示控制模块：完成 1602 C 型字符型液晶模块的初始化，并根据控制信号完成状态转换总系统设计如图 4：结束语结束语本文进行性模块化设计，实现了弹跳消除电路模块、LCD 控制信号生成模块和 LCD 显示控制模块组成的系统的具体功能，在 Memec 实验板上运行效果良好并且在用 FPGA 进行电路调试的时候，可以将该系统嵌入其它电路中，增加需要的测试点和观察点，通过按钮控制显示，可以动态的对电路进行测试，找出问题，使调试更加直观，从而提高的 FPGA 的内部信号的可观察性，提高验证效率作者：李婷，同济大学微电子中心，Email:litinglover@参考文献。