用FPGA邏輯消抖動(dòng)

我們將一個(gè)開(kāi)關(guān)連接到FPGA上，連接方式如下圖：機械開(kāi)關(guān)的問(wèn)題就是有抖動(dòng)，每次按一下開(kāi)關(guān)，你會(huì )得到下面的信號：

這種信號很少碰到，多數情況是下面的這種：

我們可以用FPGA的計數器來(lái)記錄按鍵的次數，并通過(guò)數碼管顯示出來(lái)： 上電的時(shí)候，一起是好的：

如果按十次鍵，得到下面的結果：

顯然不對。

那如何解決呢？ 一種方式是添加一個(gè)R/C濾波器，再跟一個(gè)施密特觸發(fā)器之后送給FPGA，當然還有更簡(jiǎn)單的方式，就是在FPGA內部進(jìn)行消抖動(dòng)。 FPGA擅長(cháng)簡(jiǎn)單的運算，讓我們使用FPGA中的計數器來(lái)查看按下或釋放按鈕的時(shí)間。只有當計數器達到最大值時(shí)，我們才確定按鈕已經(jīng)改變了狀態(tài)。

PB是按鈕信號(在本例中為低電平有效)。它可能包含毛刺，并且對任何時(shí)鐘都是異步的，所以它基本上是不可用的。我們將使PB與時(shí)鐘(本例中為20MHz)同步，然后創(chuàng )建三個(gè)無(wú)毛刺、與時(shí)鐘同步的按鈕輸出。每個(gè)輸出都將是高電平有效的，并指示按鈕的不同狀態(tài)(按鈕狀態(tài)，剛剛按下，剛剛釋放)。

module PushButton_Debouncer(
    input clk,
    input PB,  // "PB" is the glitchy, asynchronous to clk, active low push-button signal     
   
    // from which we make three outputs, all synchronous to the clock
    output reg PB_state,  // 1 as long as the push-button is active (down)
    output PB_down,  // 1 for one clock cycle when the push-button goes down (i.e. just pushed)
    output PB_up   // 1 for one clock cycle when the push-button goes up (i.e. just released)
    ); 
    
    // First use two flip-flops to synchronize the PB signal the "clk" clock domain
    reg PB_sync_0;  
    always @(posedge clk) PB_sync_0 <= ~PB;  // invert PB to make PB_sync_0 active high
    reg PB_sync_1;  
    always @(posedge clk) PB_sync_1 <= PB_sync_0; // Next declare a 16-bits counter
    reg [15:0] PB_cnt; // When the push-button is pushed or released, we increment the counter
    
    // The counter has to be maxed out before we decide that the push-button state has changed 
    wire PB_idle = (PB_state==PB_sync_1);
    wire PB_cnt_max = &PB_cnt;	// true when all bits of PB_cnt are 1's 
    always @(posedge clk)if(PB_idle)
    PB_cnt <= 0;  // nothing's going onelsebegin
    PB_cnt <= PB_cnt + 16'd1;  // something's going on, increment the counter
    if(PB_cnt_max) PB_state <= ~PB_state;  // if the counter is maxed out, PB changed!
    end 
    
    assign PB_down = ~PB_idle & PB_cnt_max & ~PB_state;
    assign PB_up   = ~PB_idle & PB_cnt_max &  PB_state;
    endmodule

我們使用了一個(gè)16位計數器。如果使用20MHz的系統時(shí)鐘，則需要3ms才能達到最大值。從用戶(hù)的角度來(lái)看，3ms是很短暫的，但毛刺已經(jīng)消失了。根據你的按鈕的毛刺程度和你的系統時(shí)鐘速度，你可能需要調整計數器的寬度。