1.按键消抖的原理
图1.按键抖动示意图
我们平常所用的按键为机械弹性开关，由于触点的弹性作用，按键在闭合时不会马上稳定的接通，而是有一段时间的抖动，在断开时也不会立即断开。抖动时间由按键的机械特性所决定，一般为5ms~10ms。所以我们在做按键检测时都要加一个消抖的过程。
按键消抖主要有两种方案：
一是延时重采样；二是持续采样。
从理论上来说，延时（如10ms）重采样的准确率肯定低于持续采样。
2.按键消抖的方法
（1）延时重采样
延时重采样的意思是，当第一次检测到键值由‘1‘变为‘0‘时，再延时一段时间（如10ms）,再次采样，确认是否仍是‘0‘；若是‘0‘则认为此时键值为‘0‘,否则，重新执行检测过程。
这个方案在特权同学的《深入浅出玩转FPGA》的p191有例程；
该方案的缺陷：a.如果延时太短，有可能两次采样时都处于抖动时间，因此可能引起误判；
b.如果延时太长，可能检测不出按键变换
（2）持续采样
持续采样的原理是，当检测到按键处于某电平（如‘0‘）时，在之后的N个时钟周期内连续检测此按键的电平，如果一直不变，则读出此按键的电平值（如‘0‘）。
持续采样的优点：a.样本足够多，减少误判的可能性。
b.对于按键按下(‘1‘->‘0‘)，按键释放（‘0‘->‘1‘）都可以检测。
持续采样的缺点：持续检测的时间太长（大于按键按下和释放的时间差），则可能无法检测按键的变换。
1)单个按键的检测
按键检测的输出有两种方式：1.电平输出，此时按键功能犹如拨码开关。
2.脉冲输出，此时每按下一次按键，输出一个脉冲信号。
图2.按键检测输出波形示意图
如图2所示，Key_out1的输出与Key_in的变换趋势相同，只是滤除了抖动成分；
Key_out2则是每当按键按下后输出一个高电平脉冲。在大多数的应用中会用到Key_out2所示功能。
输出为电平（用于电平判断事件，类似于开关选择）
module key_scan
#(parameter DURATION = 1200)//the number of clk period
(
input wire clk, //120MHz
input wire rst_n,
input wire key_in,
output reg key_out
);
//key jitter filter
reg[11:0] low_cnt;
reg[11:0] high_cnt;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
low_cnt <= 0;
high_cnt <= 0;
key_out <= 1‘b1;
end
else
begin
if(key_in == 1‘b0)
begin
high_cnt <= 0;
if(low_cnt == DURATION)
begin low_cnt <= low_cnt; key_out <= 1‘b0; end
else
low_cnt <= low_cnt + 1‘b1;
end
else //key_in == 1‘b1
begin
low_cnt <= 0;
if(high_cnt == DURATION)
begin high_cnt <= high_cnt;key_out <= 1‘b1; end
else
high_cnt <= high_cnt + 1‘b1;
end
end
end
endmodule
输出为脉冲（用于脉冲触发事件）
module key_scan
#(parameter DURATION = 1200)//the number of clk period
(
input wire clk, //120MHz
input wire rst_n,
input wire key_in,
output wire key_out
);
//key jitter filter
reg[11:0] low_cnt;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
low_cnt <= 0;
else
begin
if(key_in == 1‘b0)
begin
if(low_cnt == DURATION)
low_cnt <= low_cnt;
else
low_cnt <= low_cnt + 1‘b1;
end
else //key_in == 1‘b1
low_cnt <= 0;
end
end
assign key_out = (low_cnt == DURATION -1)? 1‘b1 : 1‘b0;
endmodule
2)多个独立按键的扫描（扫描得出键值）
功能：a.可以检测出哪些键按下了，甚至哪些键同时按下了。
b.键值更新后，输出一个脉冲信号，提升更新完成；
c.键值保持到下一次更新完成。
module key_counter_scan
#(
parameter KEY_WIDTH = 4
)
(
//global clock
input clk,
input rst_n,
//key interface
input [KEY_WIDTH-1:0] key_data,
//user interface
output reg key_flag,
output reg [KEY_WIDTH-1:0] key_value //H Valid
);
//-----------------------------------
//Register key_data for compare
reg [KEY_WIDTH-1:0] key_data_r;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
key_data_r <= {KEY_WIDTH{1‘b1}};
else
key_data_r <= key_data;
end
//-----------------------------------
//continue 20ms
localparam DELAY_TOP = 20‘d1000_000;
//localparam DELAY_TOP = 20‘d1000; //Just for test
reg [19:0] delay_cnt;
//-----------------------------------
//Key scan via counter detect.
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
delay_cnt <= 0;
else
begin
if((key_data == key_data_r) && (key_data != {KEY_WIDTH{1‘b1}})) //20ms counter jitter
begin
if(delay_cnt < DELAY_TOP)
delay_cnt <= delay_cnt + 1‘b1;
else
delay_cnt <= DELAY_TOP;
end
else
delay_cnt <= 0;
end
end
//-----------------------------------
//the complete of key_data capture
wire key_trigger = (delay_cnt == DELAY_TOP - 1‘b1) ? 1‘b1 : 1‘b0;
//-----------------------------------
//output the valid key_value via key_trigger
[email protected](posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
key_value <= {KEY_WIDTH{1‘b0}};
else if(key_trigger)
key_value <= ~key_data_r;
else
key_value <= key_value;
end
//---------------------------------
//Lag 1 clock for valid read enable
[email protected](posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
key_flag <= 0;
else
key_flag <= key_trigger;
end
endmodule