按鍵彈跳消除模塊的原理及應用

2021-01-08 電子產品世界

按鍵在數字電路設計中經常用到。按鍵的彈跳現象是數字系統設計中存在的客觀問題。按鍵是機械觸點,當接觸點斷開或閉合時會產生抖動。為使每一次按鍵只做一次響應,就必須去除抖動。本文對按鍵的抖動信號進行了分析,並通過計數器的方式完成了消除抖動電路模塊的設計。把該模塊應用到按鍵控制LCD顯示的系統中,並在Memec代理的Virtex-4 MB系統實驗板上實現了該系統。消抖電路的效果良好,按鍵控制LCD顯示結果正常。

按鍵開關是電子設備人機互動的主要器件之一。按鍵大多是機械式開關結構,由於機械式開關的核心部件為彈性金屬簧片,因而在開關切換的瞬間會在接觸點出現來回彈跳的現象。對於靈敏度比較高的電路,這種彈跳現象引起的信號抖動會造成誤動作而影響到系統的正確性。因此,我們需要設計按鍵彈跳消除電路來去除抖動.。

1.彈跳消除電路的原理和功能

按鍵開關的典型連線分為低電平有效和高電平有效,本文的是低電平有效。

機械開關的抖動存在三種情況:按下時有抖動,鬆開時也有抖動;按下時有抖動,鬆開時無抖動;按下時無抖動,鬆開時有抖動。機械開關的抖動波形、抖動次數、抖動時間都是隨機的,並不是每次都會產生抖動。

不同開關的最長抖動時間也不同。抖動時間的長短和機械開關特性有關,一般為5ms到10ms。但是,某些開關的抖動時間長達20ms,甚至更長。所以,在具體設計中要具體分析,根據實際情況來調整設計。

彈跳現象以及彈跳消除如圖1 所示,雖然只是按下按鍵一次後放掉,結果在按鍵信號穩定先後竟出現了多個段脈衝,如果將這樣的信號直接送到計數器之類的時序電路,結果將可能發生計數超過一次以上的誤動作,從而誤以為鍵盤按了多次。因此,必須加上彈跳消除電路,除去短脈衝,避免誤操作的發生。



2.按鍵彈跳消除模塊的實現

為了使按鍵彈跳消除模塊的更加簡潔,並且移植性好,在此用計數器的方式實現消除按鍵抖動的功能。

2.1 計數器模值的計算

計數器模值的確定是按鍵彈跳消除效果的關鍵問題,如果值過大,即採樣時間過長,就會漏掉正確的信號;如果值過小,採樣時間過短,則會將毛刺誤認為是輸入信號。

計數器的模值n根據抖動信號的脈衝寬度和採樣信號clk的周期大小決定。根據一般人按鍵的速度小於10Hz(每秒小於10次),所以按鍵時間大於100ms,按佔空比50%計算,按下的時間大於50ms。按這種約定,我們認為按下的時間小於50ms的為抖動信號,按下的時間大於50ms的是按鍵信號。即n=50ms/採樣脈衝信號周期,這樣就可以把按下的時間小於50ms的抖動信號濾掉。

在此,根據實驗板提供的系統時鐘來確定實際需要的模值。實驗板提供的系統時鐘為100mHz,通過分頻後得到25mHz的時鐘,50ms*25mHz得到count的模值為21』h1312D0。採用這個模值得到的消抖時間大約為50ms,符合要求。

2.2 程序設計

設計一個高脈衝計數器count1和一個低脈衝計數器conut0。引入一個採樣脈衝信號clk,對輸入信號button_in進行採樣,並對clk進行計數。若button_in為高電平,count1做加法計數,直到count1各位全為1,停止計數,歸零,使消抖後的輸出信號button_out輸出1。若button_in為低電平,count0做加法計數,直到count0各位全為1,停止計數歸零,並使消抖後的輸出信號button_out輸出0。
部分程序如下:

module filter(clk,
reset,
button_in,
button_out);
input clk;
input reset;
input button_in;
output button_out;
wire buttong_out1;
reg [20:0] count0;
reg [20:0] count1;
reg button_out1_reg;
……
assign button_out=button_out1_reg;
//對輸入進行採樣,計數
always@(posedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset) count1
always@(posedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset) count0


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