按鍵在按下時會產生抖動,釋放時也會產生抖動,所以在設計鍵盤掃描程序時必須考慮按鍵的消抖,我們一般只考慮按下時的抖動,而放棄對釋放時抖動的消抖。抖動時間一般為20ms左右。按下的最終結果是低電平。
在單片機設計的的按鍵去抖思路是:檢測到按下時延時20ms,再檢測,如果狀態仍為按下,則確認是按下的;如果狀態為彈起的,則確認是干擾,無按鍵按下。
有一個概念要理一下,按鍵按下時會有抖動,也就是說我們其實只按一次,但是實際產生的“按下”卻是許多次的,這些許多次集中在這20ms里。我們按的只是一次,而實際卻產生了許多次,那么就必須濾除其他的次數。單片機為了得到真正的“按下”,通過延時20ms,把其他的“按下”(也就是抖動)給濾除了。然后再次判斷是否有按下,因為有的時候干擾很大。
而在FPGA中,基于下面的程序,理解如下:在這個程序里檢測按鍵是否按下的方法是脈沖邊沿檢法。而在單片機里是判斷是否為低電平的方法(那么在FPGA中可不可以也用這個方法呢?)第一次檢測到后,啟動20ms計數器,時間到后再檢測。這里的檢測方法跟脈沖邊沿檢測法有異曲同工之處,FPGA過20ms檢測按鍵是否按下,存儲檢測到的值,并且按位取反與前一個20ms檢測的值相與,得到一個值,如果為1,則判斷按鍵按下,否則則無按下。所以跟單片機按鍵掃描的原理是一樣的,不同的是檢測方法不一樣。

圖2 FPGA按鍵的理解示意圖
其中key_an寄存器的功能是檢測第一次的“按下”,是cnt的啟動標志位。通過也能濾除干擾信號。
led_ctrl是確實有按鍵按下的信號,維持一個時鐘周期。
特權同學的Verilog鍵盤掃描程序
//說明:當三個獨立按鍵的某一個被按下后,相應的LED被點亮;
// 再次按下后,LED熄滅,按鍵控制LED亮滅
module sw_debounce(
clk,rst_n,
sw1_n,sw2_n,sw3_n,
led_d1,led_d2,led_d3
);
input clk; //主時鐘信號,50MHz
input rst_n; //復位信號,低有效
input sw1_n,sw2_n,sw3_n; //三個獨立按鍵,低表示按下
output led_d1,led_d2,led_d3; //發光二極管,分別由按鍵控制
//---------------------------------------------------------------------------
reg[2:0] key_rst;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if (!rst_n) key_rst <= 3'b111;
else key_rst <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};
reg[2:0] key_rst_r; //每個時鐘周期的上升沿將low_sw信號鎖存到low_sw_r中
always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
if (!rst_n) key_rst_r <= 3'b111;
else key_rst_r <= key_rst;
//當寄存器key_rst由1變為0時,led_an的值變為高,維持一個時鐘周期
wire[2:0] key_an = key_rst_r & ( ~key_rst); //檢測到按下的第一次(cnt的啟動信號)
//---------------------------------------------------------------------------
reg[19:0] cnt; //計數寄存器
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if (!rst_n) cnt <= 20'd0; //異步復位
else if(key_an) cnt <=20'd0;
else cnt <= cnt + 1'b1;
reg[2:0] low_sw;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if (!rst_n) low_sw <= 3'b111;
else if (cnt == 20'hfffff) //滿20ms,將按鍵值鎖存到寄存器low_sw中 cnt == 20'hfffff
low_sw <= {sw3_n,sw2_n,sw1_n};
//---------------------------------------------------------------------------
reg [2:0] low_sw_r; //每個時鐘周期的上升沿將low_sw信號鎖存到low_sw_r中
always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
if (!rst_n) low_sw_r <= 3'b111;
else low_sw_r <= low_sw;
//當寄存器low_sw由1變為0時,led_ctrl的值變為高,維持一個時鐘周期
wire[2:0] led_ctrl = low_sw_r[2:0] & ( ~low_sw[2:0]);
reg d1;
reg d2;
reg d3;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if (!rst_n) begin
d1 <= 1'b0;
d2 <= 1'b0;
d3 <= 1'b0;
end
else begin //某個按鍵值變化時,LED將做亮滅翻轉
if ( led_ctrl[0] ) d1 <= ~d1;
if ( led_ctrl[1] ) d2 <= ~d2;
if ( led_ctrl[2] ) d3 <= ~d3;
end
assign led_d3 = d1 ? 1'b1 : 1'b0; //LED翻轉輸出
assign led_d2 = d2 ? 1'b1 : 1'b0;
assign led_d1 = d3 ? 1'b1 : 1'b0;
endmodule

