机械弹性按键的原理和编程方法介绍

按键是数字系统最基本的输入接口设备，本文主要介绍机械弹性按键的原理和编程方法。

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按键原理

以EGO1开放板按键为例，用户可用的板载按键主要包括S6（低有效按键），S0~S4（高有效按键）。

由原理图可以看到，按键S6在未按下时，FPGA引脚通过电阻连接3.3V高电平；当按键按下，与地连通，引脚电平被拉低。S0~S4则相反，按键未按下时，引脚为低电平；按键按下时，接通3.3V电源，引脚电平由低变高。

因此，我们通过检测高低电平的变化，就可以检测按键是否被按下。

但是实际情况是，我们使用的是机械弹性按键，在按键按下和弹起过程中会存在抖动，如图（a）。

一般抖动会在5~10ms左右，按键持续时间在几百ms，而FPGA时钟是ns级的，检测频率很高，如果仅仅通过高低电平的变化去判断按键是否被按下，则在一次按键按下时，就会被检测为多次有效按键，如图（b），从而造成误触发。

我们需要对按键信号进行消抖处理，得出图（c）的稳定的按键信号。

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按键消抖方法

由于抖动大约5-10ms，可以使用一个15ms的计数器。

每当检测到输入有变化就复位计数器，然后进行15ms的延时，如果在15ms之内有抖动，计数器就会复位重新计数，直到能够连续计数15ms，说明按键键值在15ms内没有发生改变，按键进入稳定状态，此时，可以输出稳定的键值。

同样，当按键弹起时出现键值的改变，就复位计数器，只有当按键稳定，计数器能够连续计数15ms时，才输出稳定的键值。这样我们就得到一个稳定的没有抖动的采样键值。

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按键消抖的Verilog描述

遵循一个always描述一个信号的原则，下面分别对各个信号进行描述。

按键寄存器key_reg描述：

延时计数器delay_cnt描述:

键值key_value描述：

按键的标志信号key_p_flag和key_n_flag描述：

按键标志信号是一个指示按键有效的只持续1个时钟周期的标志信号，一般作为后级模块的控制信号。

当计数值为1并且键值为一是则为上升沿标志，当计数值为1，且键值为0，就输出下降沿标志信号。

仿真波形如下图。