寫在前面：

按鍵去抖：由上圖可以看出理想波形與實際波形之間是有區別的，實際波形在按下和釋放的瞬間都有抖動的現象，抖動時間的長短和按鍵的機械特性有關，一般為5~10ms。通常我們手動按鍵然后釋放，這個動作中穩定閉合的時間超過了20ms。因此單片機在檢測鍵盤是否按下時都要加上去抖動操作，有專用的去抖動電路，也有專門的去抖動芯片，但通常我們采用軟件延時的方法就可以解決抖動問題。

1、單片機中按鍵消抖程序

1.1 單片機中，比如STM32中，一般的方法（最簡單的方法）

軟件消抖程序：

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_14)==1){delay_ms(20);//延時20ms再去檢測按鍵值if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_14)==0) // 相當于下降沿

{

KEY1 = 1; //表示KEY1被按下

}

}

1.2 比較全面的按鍵消抖程序及按鍵狀態檢測程序

第一步：初始化全局時間戳的定時器，一般采用SysTick定時器來產生，每ms一次tick即可。

第二步：初始化按鍵對應的IO，復用為邊沿觸發的外部中斷。

第三步：在外部中斷函數中添加按鍵事件處理函數。

代碼部分：

typedef struct _Key_t

{

u32 last_time;

enum

{

May_Press,

Release,

}private_state;

enum

{

No_Press,

Short_Press,

Long_Press,

}state;

}Key_t;

#define Is_ShortPress_Threshold 1500

簡單定義一個按鍵狀態的結構體，用于管理每個按鍵的狀態。順便再定義一個長短按的識別閾值，用于區分按鍵的長短按。

if(key_state.private_state==Release)

{

if(KEY==0)

{

key_state.private_state=May_Press;

key_state.last_time=course_ms();

}

}

else if(key_state.private_state==May_Press)

{

if(KEY==1)

{

if((course_ms()-key_state.last_time>10)&&(course_ms()-key_state.last_time

{

key_state.state=Short_Press;

key_state.private_state=Release;

}

else if(course_ms()-key_state.last_time>Is_ShortPress_Threshold)

{

key_state.state=Long_Press;

key_state.private_state=Release;

}

else

key_state.private_state=Release;

}

}

以上為需要添加到中斷處理函數的按鍵事件處理函數，算法的核心是一個狀態機。在本例中，按鍵被默認上拉，按下接地。course_ms()為獲取全局時間戳的函數。

思路解釋如下：按鍵狀態結構體有一個用于識別的狀態位，默認處于Release，也就是釋放的狀態。一旦按鍵被按下，中斷觸發，此時檢查是否是Relase狀態，如果是就檢查按鍵是否被拉低，如果是，此時進入May_Press狀態，也就是可能是按下的，并且記錄此時的時間戳，這一步是消抖的關鍵。當按鍵被釋放，由于是邊沿觸發，會再次進行處理，此時檢查和上一次觸發之間的時間戳之差，如果小于10ms我們就認為是抖動，此時不會對按鍵輸出狀態進行修改，而是直接將按鍵狀態置回Relase狀態，反之檢查差值和長短按閾值之間的關系，將state置位為對應的狀態。消抖的核心在于記錄時間戳，而這只是一個簡單的賦值操作，并不耗費時間。

效率上來說，延時消抖花費時間在無意義延時上，而相對較好的定時輪詢還是不可避免的在輪詢，而現在這種方式完全是中斷性質的。唯一多出的開銷（全局時間戳）并不是只可以用于按鍵消抖，另外在HAL庫中存在直接獲取tick的函數，這樣實現就更方便了。經實際測試，消抖效果可以達到其他兩種消抖算法的水平。

2、FPGA按鍵消抖程序

首先，做兩個假定，以方便后面的描述：

假定按鍵的默認狀態為0，被按下后為1

假定按鍵抖動時長小于20ms，也即使用20ms的消抖時間

核心：方案

最容易想到的方案

在按鍵電平穩定的情況下，當第一次檢測到鍵位電平變化，開始20ms計時，計時時間到后將按鍵電平更新為當前電平。

或許這才是最容易想的方案

在20ms計時的過程中，有任何的電平變化都立即復位計時

消除按鍵反應延時抖方案

在有電平變化時立即改變按鍵輸出電平，并開始20ms計時，忽略這其中抖動

測試平臺設計（修改代碼以仿真的1us代替實際1ms）

無抖動 上升沿抖動5毫秒

下降沿抖動15毫秒

上升和下降沿均抖動19毫秒

附加測試（可以不通過）

抖動25毫秒

代碼

方案1

module debounce( input wire clk, nrst, input wire key_in, output reg key_out ); // 20ms parameter// localparam TIME_20MS = 1_000_000; localparam TIME_20MS = 1_000; // just for test // variable reg [20:0] cnt; reg key_cnt; // debounce time passed, refresh key state always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) key_out <= 0; ? ? ? ?else if(cnt == TIME_20MS - 1) ? ? ? ? ? ?key_out <= key_in; ? ?end // while in debounce state, count, otherwise 0 always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) ? ? ? ? ? ?cnt <= 0; ? ? ? ?else if(key_cnt) ? ? ? ? ? ?cnt <= cnt + 1'b1; else ? ? ? ? ? ?cnt <= 0; ? ?end // always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) ? ? ? ? ? ? ? ?key_cnt <= 0; ? ? ? ? ? ?else if(key_cnt == 0 && key_in != key_out) ? ? ? ? ? ? ? ?key_cnt <= 1; ? ? ? ? ? ?else if(cnt == TIME_20MS - 1) ? ? ? ? ? ? ? ?key_cnt <= 0; ? ? endendmodule

方案2

module debounce( input wire clk, nrst, input wire key_in, output reg key_out );// localparam TIME_20MS = 1_000_000; localparam TIME_20MS = 1_000; reg key_cnt; reg [20:0] cnt; always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) key_cnt <= 0; ? ? ? ?else if(cnt == TIME_20MS - 1) ? ? ? ? ? ?key_cnt <= 0; ? ? ? ?else if(key_cnt == 0 && key_out != key_in) ? ? ? ? ? ?key_cnt <= 1; ? ?end always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) ? ? ? ? ? ?cnt <= 0; ? ? ? ?else if(key_cnt) begin if(key_out == key_in) ? ? ? ? ? ? ? ?cnt <= 0; ? ? ? ? ? ?else ? ? ? ? ? ? ? ?cnt <= cnt + 1'b1; end else ? ? ? ? ? ?cnt <= 0; ? ?end always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) ? ? ? ? ? ? ? ?key_out <= 0; ? ? ? ? ? ?else if(cnt == TIME_20MS - 1) ? ? ? ? ? ? ? ?key_out <= key_in; ? ? endendmodule

方案3

module debounce( input wire clk, nrst, input wire key_in, output reg key_out );// localparam TIME_20MS = 1_000_000; localparam TIME_20MS = 1_000; // just for test reg key_cnt; reg [20:0] cnt; always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) key_cnt <= 0; ? ? ? ?else if(key_cnt == 0 && key_out != key_in) ? ? ? ? ? ?key_cnt <= 1; ? ? ? ?else if(cnt == TIME_20MS - 1) ? ? ? ? ? ?key_cnt <= 0; ? ?end always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) ? ? ? ? ? ?cnt <= 0; ? ? ? ?else if(key_cnt) ? ? ? ? ? ?cnt <= cnt + 1'b1; else ? ? ? ? ? ?cnt <= 0; ? ?end always @(posedge clk or negedge nrst) begin if(nrst == 0) ? ? ? ? ? ?key_out <= 0; ? ? ? ?else if(key_cnt == 0 && key_out != key_in) ? ? ? ? ? ?key_out <= key_in; ? ?endendmodule

測試代碼

// 按鍵消抖測試電路// 時間單位`timescale 1ns/10ps// modulemodule debounce_tb; // time period parameter localparam T = 20; // variable reg clk, nrst; reg key_in; wire key_out; // instantiate debounce uut( .clk (clk ), .nrst (nrst ), .key_in (key_in ), .key_out(key_out) ); // clock initial begin clk = 1; forever #(T/2) clk = ~clk; end // reset initial begin nrst = 1; @(negedge clk) nrst = 0; @(negedge clk) nrst = 1; end // key_in initial begin // initial value key_in = 0; // wait reset repeat(3) @(negedge clk); // no bounce // key down key_in = 1; // last 60ms repeat(3000) @(negedge clk); // key up key_in = 0; // wait 50ms repeat(2500) @(negedge clk); // down 5ms, up 15ms // key down, bounce 5ms repeat(251) @(negedge clk) key_in = ~key_in; // last 60ms repeat(3000) @(negedge clk); // key up, bounce 15ms repeat(751) @(negedge clk) key_in = ~key_in; // wait 50ms repeat(2500) @(negedge clk); // down 19ms, up 19ms // key down, bounce 19ms repeat(951) @(negedge clk) key_in = ~key_in; // last 60ms repeat(3000) @(negedge clk); // key up, bounce 19ms repeat(951) @(negedge clk) key_in = ~key_in; // wait 50ms repeat(2500) @(negedge clk); // additional, this situation shoud not ever happen // down 25ms, up 25ms // key down, bounce 25ms repeat(1251) @(negedge clk) key_in = ~key_in; // last 60ms repeat(3000) @(negedge clk); // key up, bounce 25ms repeat(1251) @(negedge clk) key_in = ~key_in; // wait 50ms repeat(2500) @(negedge clk); // stop $stop; endendmodule

放在最后的，并不一定是最不重要的

對于上面的三種方案，我比較喜歡第三種方案，它更貼合實際的按鍵狀態，以上的代碼我都做過modelsim仿真，但還沒有在實際的項目中驗證。在整理準備這個博客的時候，我又想到了一個感覺是更巧妙的方案，具體是這樣的：在第三個方案的基礎上，因為按鍵輸入有變化的第一時刻，輸出就已經改變了，在這種情況下，我可以把計時的時長改為一個很小的值，該值只要比抖動中的最長高低電平變化時間長即可。但想想也沒這個必要，且這個抖動的高低電平變化時長我也很難去給它界定一個值。