实际系统中常用的按键大部分都是轻触式按键，如下图所示。该按键内部由一个弹簧片和两个固定触点组成，当弹簧片被按下，则两个固定触点接通，按键闭合。弹簧片松开，两个触点断开，按键也就断开了。根据这种按键的机械特性，在按键按下时，会先有一段时间的不稳定期，在这期间，两个触点时而接通，时而断开，我们称之为抖动，当按键大约按下20ms后，两个触点才能处于稳定的闭合状态，按键松开时和闭合时情况类似。而我们的FPGA工作在很高的频率，按键接通或断开时任何一点小的抖动都能轻易的捕捉到，如果不加区分的将每一次闭合或断开都当做一次按键事件，那么势必一次按键动作会被FPGA识别为很多次按键操作，从而导致系统工作稳定性下降。
轻触按键实物图
一次按键动作的大致波形如下图所示：
因此，我们所需要做的工作，就是滤除按键按下和释放时各存在的20ms的不稳定波形。做法思路是：检测按键按下---》等待20Ms ----》检测此时按键键值，若为按下值则按下有效，否则按下无效（后面可以检测亦可以不检测，据具体情况而定----》检测到按键松开----》延迟20Ms ----》检测此时的键值，若为按下值则松开无效，否则按键松开）
硬件电路：
独立按键属于一种输入设备，其与FPGA连接的IO口被接上了10K的上拉电阻，在按键没有按下时，FPGA会检测到高电平；当按键按下后，FPGA的IO口上则将呈现低电平。因此，按键检测的实质就是读取FPGA的IO上的电平。
独立按键典型电路
verilog 程序如下所示：
/********************************Copyright**************************************
**----------------------------File information--------------------------
** File name :key_shake.v
** CreateDate :2015.03
** Funtions : 按键的消抖操作：在复位之后的100us内，不响应按键的操作，在之后有按键按下后，有20ms的延迟，之后输出按键输出.
** Operate on :M5C06N3L114C7
** Copyright :All rights reserved[F].
** Version :V1.0
**---------------------------Modify the file information----------------
** Modified by :
** Modified data :
** Modify Content:V1.1:clk-->clk_100M, 常数声明放到一起，便于修改。
*******************************************************************************/ module key_shake (
clk_100M,
rst_n, key_in,
key_out
);
input clk_100M; //100Mhz
input rst_n; input key_in;
output key_out; //--------------------------------------
//在复位之后的100us内，不响应按键的操作
localparam t_100us = 'd9999;
localparam t1ms = 'd99999; //定时1ms
localparam t_20ms = 'd20; reg [:] cnt;
reg key_en; //复位之后允许按键输入标志
always @(posedge clk_100M or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt <= ;
key_en <=;
end
else
begin
if(cnt == t_100us)
begin
key_en <= ;
end
else
begin
key_en <= ;
cnt <= cnt + ;
end
end
end //--------------------------------------------------
wire HtoL_flag; //下降沿标志
wire LtoH_flag; //上升沿标志
reg [:] key_reg;
always @(posedge clk_100M or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
key_reg <= 'b111; //默认没按下状态为高，按下之后为低.反之则为3'b000;
end
else
begin
key_reg <= {key_reg[:],key_in};
end
end assign HtoL_flag = key_en?(key_reg[:] == 'b10):0; //下降沿检测，一个时钟的高电平
assign LtoH_flag = key_en?(key_reg[:] == 'b01):0; //上升沿检测，一个时钟的高电平
//---------------------------------------------
reg cnt_en; //计数使能标志 reg [:] cnt2;
always @(posedge clk_100M or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt2 <= 'd0;
end
else if((cnt_en)&&(cnt2 == t1ms))
begin
cnt2 <= 'd0;
end
else if(cnt_en)
begin
cnt2 <= cnt2 + 'd1;
end
else
cnt2 <= 'd0;
end reg [:] cnt3;
always @(posedge clk_100M or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt3 <= 'd0;
end
else if((cnt_en)&&(cnt2 == t1ms))
begin
if(cnt3 == t_20ms )
cnt3 <= t_20ms;
else
cnt3 <= cnt3 + ;
end
else if(!cnt_en)
cnt3 <= 'd0;
end //----------------------------------
//按键状态机
reg [:] i;
reg key_down; //按键按下标志
reg key_up; //按键释放标志
always @(posedge clk_100M or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
key_down <= ;
key_up <= ;
i <= ;
cnt_en <= ;
end
else
begin
case(i)
'd0:
begin
key_down <= ;
key_up <= ;
if(HtoL_flag) i <= 'd1; //检测到按下
else if(LtoH_flag) i <= 'd2; //检测到释放按键
else i <= 'd0;
end
'd1:
begin
if(cnt3 == t_20ms )
begin
if(!key_in) //检测到按键依然被按下
begin
key_down <= ; //按键按下成功
i <= 'd3;
cnt_en <= ;
end
else
begin
key_down <= ;
i <= 'd0;
cnt_en <= ;
end
end
else
cnt_en <= ;
end
'd2:
begin
if(cnt3 == t_20ms )
begin
if(key_in) //检测到按键被释放
begin
key_up <= ; //按键释放成功
i <= 'd3;
cnt_en <= ;
end
else
begin
key_up <= ;
i <= 'd0;
cnt_en <= ;
end
end
else
cnt_en <= ;
end
'd3:
begin
key_up <= ;
key_down <= ;
i <= 'd0;
end
default:i <= 'd0;
endcase
end
end assign key_out = key_down; //当按键被按下有效时
// assign key_out = key_up; //当按键被释放后才有效时
endmodule
测试代码如下：
/********************************Copyright**************************************
**----------------------------File information--------------------------
** File name :key_testbench.v
** CreateDate :2015.03
** Funtions :按键消抖的测试文件
** Operate on :M5C06N3L114C7
** Copyright :All rights reserved.
** Version :V1.0
**---------------------------Modify the file information----------------
** Modified by :
** Modified data :
** Modify Content:
*******************************************************************************/ module key_testbench; reg clk;
reg rst_n;
reg key_in;
wire key_out; key_shake key_shake_1(
.clk,
.rst_n, .key_in,
.key_out
); localparam tck = ;
localparam t = /tck; always #(t/) clk = ~clk; task key_in_down;
begin
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
end
endtask task key_in_up;
begin
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
#(*t) key_in = ;
end
endtask initial
begin
clk = ;
rst_n = ;
key_in = ; #(*t) rst_n = ; #(*t);
#(*t) key_in_down;
#(*t);
#(*t) key_in_up; #(*t);
#(*t) repeat() key_in_down; //按下时抖动 #(*t); //按下时间 #(*t) repeat() key_in_up; //释放时抖动 end endmodule
仿真结果：
1、在复位之后100us之前按下按键时，不响应。
2、抖动（按下后20ms之内释放）。
3、按下之后检测以及释放之后的检测。
如果将按键按下有效时刻、按键释放有效时刻和按键所处状态全部表现出来，则代码稍作修改即可：
/********************************Copyright**************************************
**----------------------------File information--------------------------
** File name :key_shake.v
** CreateDate :2015.03
** Funtions : 按键的消抖操作：在复位之后的100us内，不响应按键的操作，在之后有按键按下后，有20ms的延迟，检测，然后松开时也有20ms的检测，之后输出按键输出.
** Operate on :M5C06N3L114C7
** Copyright :All rights reserved[F].
** Version :V1.0
**---------------------------Modify the file information----------------
** Modified by :
** Modified data :
** Modify Content:V1.1:clk-->clk_100M, 常数声明放到一起，便于修改。
*******************************************************************************/ module key_shake (
clk,
rst_n, key_in,
key_down_out,
key_up_out,
key_in_out
);
input clk; //24Mhz
input rst_n; input key_in;
output key_down_out; //按下输出
output key_up_out; //释放输出
output key_in_out; //跟随输入输出 //--------------------------------------
//在复位之后的100us内，不响应按键的操作
parameter t_20ms = 'd20; `define CLK_20M
// `define CLK_24M
// `define CLK_50M `ifdef CLK_20M
parameter t_100us = 'd1999;
parameter t1ms = 'd19999; //定时1ms
`endif `ifdef CLK_20M
parameter t_100us = 'd2399;
parameter t1ms = 'd23999; //定时1ms
`endif `ifdef CLK_20M
parameter t_100us = 'd4999;
parameter t1ms = 'd49999; //定时1ms
`endif reg [:] cnt;
reg key_en; //复位之后允许按键输入标志
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt <= ;
key_en <=;
end
else
begin
if(cnt == t_100us)
begin
key_en <= ;
end
else
begin
key_en <= ;
cnt <= cnt + ;
end
end
end //--------------------------------------------------
wire HtoL_flag; //下降沿标志
wire LtoH_flag; //上升沿标志
reg [:] key_reg;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
key_reg <= 'b111; //默认没按下状态为高，按下之后为低.反之则为3'b000;
end
else
begin
key_reg <= {key_reg[:],key_in};
end
end assign HtoL_flag = key_en?(key_reg[:] == 'b10):0; //下降沿检测，一个时钟的高电平
assign LtoH_flag = key_en?(key_reg[:] == 'b01):0; //上升沿检测，一个时钟的高电平
//---------------------------------------------
reg cnt_en; //计数使能标志
reg [:] cnt2;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt2 <= 'd0;
end
else if((cnt_en)&&(cnt2 == t1ms))
begin
cnt2 <= 'd0;
end
else if(cnt_en)
begin
cnt2 <= cnt2 + 'd1;
end
else
cnt2 <= 'd0;
end reg [:] cnt3;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt3 <= 'd0;
end
else if((cnt_en)&&(cnt2 == t1ms))
begin
if(cnt3 == t_20ms )
cnt3 <= t_20ms;
else
cnt3 <= cnt3 + ;
end
else if(!cnt_en)
cnt3 <= 'd0;
end //----------------------------------
//按键状态机
reg [:] i;
reg key_down; //按键按下标志
reg key_up; //按键释放标志
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
key_down <= ;
key_up <= ;
i <= ;
cnt_en <= ;
end
else
begin
case(i)
'd0:
begin
key_down <= ;
key_up <= ;
if(HtoL_flag) i <= 'd1; //检测到按下
else if(LtoH_flag) i <= 'd2; //检测到释放按键
else i <= 'd0;
end
'd1:
begin
if(cnt3 == t_20ms )
begin
if(!key_in) //检测到按键依然被按下
begin
key_down <= ; //按键按下成功
i <= 'd3;
cnt_en <= ;
end
else
begin
key_down <= ;
i <= 'd0;
cnt_en <= ;
end
end
else
cnt_en <= ;
end
'd2:
begin
if(cnt3 == t_20ms )
begin
if(key_in) //检测到按键被释放
begin
key_up <= ; //按键释放成功
i <= 'd3;
cnt_en <= ;
end
else
begin
key_up <= ;
i <= 'd0;
cnt_en <= ;
end
end
else
cnt_en <= ;
end
'd3:
begin
key_up <= ;
key_down <= ;
i <= 'd0;
end
default:i <= 'd0;
endcase
end
end //---------------------------
reg key_out;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
key_out <= ;
end
else
begin
if(key_down)
key_out <= ; //按下为低
else if(key_up)
key_out <= ; //释放为高
else
key_out <= key_out; //否则保持
end
end assign key_down_out = key_down; //当按键被按下有效时
assign key_up_out = key_up; //当按键被释放后才有效时
assign key_in_out = key_out;
endmodule
仿真：