FPGA_消抖（光耦等开关的抖动）_fpga消抖

一、按键消抖

按键消抖只是针对机械弹性开关按键，打开闭合时由于机械触点的弹性作用，一个按键在闭合后不会马上达到稳定状态，因此在闭合瞬间伴随一连串的抖动。必须对这部分抖动进行消抖处理。

按键消抖可以分为硬件消抖和软件消抖。

硬件消抖：主要用RS触发器和电容等方法消抖。（硬件消抖比较受限）

软件消抖：对按键信号延时5ms-20ms采样，也可以检测到按键稳定状态后采样。如图

 1、1

       软件消抖：这里按键稳定时间为20ms,系统晶振为50MHz,周期20ns，20ms/20ns=1000000，所以计数器最大值为999999。当检测到按键为低电平时计数器开始计数，计数到最大值时此时按键状态稳定，当系统检测到高电平时，对计数器清零，当计数器到最大值时，让计数器保持值不变，在定义一个标志信号对按键消抖的稳定状态进行采集，当计数器计数到最大值时，说明按键处于稳定状态。

 

module	key_shake
#(
	parameter		CNT_MAX = 20'd999_999//计数最大值，20ms
)
(
		input	wire			sys_clk		,
		input	wire			sys_rst_n	,
		input	wire			key_in		,
		
		output	reg				key_flag
);
reg	[19:0]		cnt;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		cnt <= 20'd0;
	else	if(key_in == 1'b1)
		cnt <= 20'd0;
	else	if(cnt == CNT_MAX)
		cnt <= CNT_MAX;
	else
		cnt <= cnt + 1'b1;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		key_flag <= 1'b0;
	else	if(cnt == CNT_MAX)
		key_flag <= 1'b1;
	else
		key_flag <= 1'b0;
 
 
endmodule
 

testbench

`timescale	1ns/1ns 
module	tb_key_shake();
 
reg			sys_clk;
reg			sys_rst_n;
reg			key_in;
reg	[7:0]	tb_cnt; 
wire		key_flag;
 
initial	
	begin
		sys_clk = 1'b0;
		sys_rst_n <= 1'b0;
		key_in	<= 1'b1;
		#20
		sys_rst_n <= 1'b1;
	end
	
always	#10 sys_clk = ~sys_clk;
 
//把按键消抖过程压缩至250个系统周期
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		tb_cnt <= 8'd0;
	else	if(tb_cnt == 8'd249)
		tb_cnt <= 8'd0;
	else
		tb_cnt <= tb_cnt + 1'b1;
//模拟按键抖动
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		tb_cnt <= 8'd0;
	else	if(tb_cnt <= 8'd24 || tb_cnt >= 8'd224)
		key_in <= 1'b1;
	else	if((tb_cnt <= 8'd74 && tb_cnt > 8'd24)||(tb_cnt <= 8'd224 && tb_cnt >= 8'd174))
		key_in <= {$random}%2;
	else
		key_in <= 1'b0;
		
key_shake
#(
	.CNT_MAX(70)
)
key_shake_inst
(
		.sys_clk		(sys_clk),
		.sys_rst_n		(sys_rst_n),
		.key_in			(key_in),
		.key_flag       (key_flag)
);
endmodule

仿真结果把按键按下时长缩短到250个系统时钟周期。定义一个计数器tb_cnt，计数最大值为249，然后模拟按键被按下的过程。过程如下图所示。

仿真结果

 由仿真结果得，每一次模拟按键的稳定状态都被标志信号key_flag采集到。

1、2

还有一种软件消抖写法，同样计数时间为20ms，对按键保存当前的值进寄存器，判断下一个周期的值是否不等于上一个周期，如果不等于，对计数器赋值，下一个周期如果相等计数器递减，如果一直相等，计数器一直递减到1，输出按键有效标志位。

module key_debounce(
 input sys_clk, //外部 50M 时钟
 input sys_rst_n, //外部复位信号，低有效
  input key, //外部按键输入
 output reg key_flag, //按键数据有效信号
 output reg key_value //按键消抖后的数据 
 );
 
 //reg define 
 reg [31:0] delay_cnt;
 reg key_reg;
 
 //*****************************************************
 //** main code
 //*****************************************************
 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if (!sys_rst_n) begin
 key_reg <= 1'b1;
 delay_cnt <= 32'd0;
 end
 else begin
 key_reg <= key;
 if(key_reg != key) //一旦检测到按键状态发生变化(有按键被按下或释放)
 delay_cnt <= 32'd1000000; //给延时计数器重新装载初始值（计数时间为 20ms）
 else if(key_reg == key) begin //在按键状态稳定时，计数器递减，开始 20ms 倒计时
 if(delay_cnt > 32'd0)
 delay_cnt <= delay_cnt - 1'b1;
 else
 delay_cnt <= delay_cnt;
 end 
 end 
 end
 
 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if (!sys_rst_n) begin
 key_flag <= 1'b0;
 key_value <= 1'b1; 
 end
 else begin
 if(delay_cnt == 32'd1) begin //当计数器递减到 1 时，说明按键稳定状态维持了 20ms
 key_flag <= 1'b1; //此时消抖过程结束，给出一个时钟周期的标志信号
 key_value <= key; //并寄存此时按键的值
 end
 else begin
 key_flag <= 1'b0;
 key_value <= key_value;
 end 
 end 
 end
 
 endmodule

第一种软件消抖要比第二种软件消抖简单高效，用按键输入电平值作为判断。

1、3

光耦问题：

 实际使用PS2801-4光耦，作为开关管起到隔离作用，输出端集电极接入到FPGA中，但是开关管有5us的开关稳定时间，光耦之前一直用作PWM输出，没有单独采集过信号。所以光耦是电流驱动型里面同样也有开关抖动时间的说法。

 1、4

三极管是否有抖动：

1、5

MOSS管是否有抖动：