基于VHDL语言的几种消抖电路的设计

　　0 引言

　　按键开关是许多电子产品不可缺少的输入设备，在智能化电子产品中，按键开关作为人机交互的主要器件之一，可以实现人机对话，完成各种功能操作，而机械式按键开关由于其低成本、高可靠性被广泛使用。在按键操作时，机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或开启的瞬间会出现电压抖动，实际应用中如果不进行处理将会造成误触发。常见的硬件消抖方法有：利用电容的充放电原理;利用RS触发的保持功能;由同相器组成的积分去抖电路;用反相器组成的翻转式去抖电路;不可重复触发单稳态等等。本文采用VHDL语言设计了几种按键开关的消抖电路。

　　1 计数器型消抖电路

　　1.1 计数器型消抖电路(一)

　　计数器型消抖电路(一)是设置一个模值为(N+1)的控制计数器，clk在上升沿时，如果按键开关key_in='1'，计数器加1，key_in='0' 时，计数器清零。当计数器值为2时，key_out输出才为1，其他值为0时。计数器值为N时处于保持状态。因此按键key_in持续时间大于N个clk时钟周期时，计数器输出一个单脉冲，否则没有脉冲输出。如果按键开关抖动产生的毛刺宽度小于N个时钟周期，因而毛刺作用不可能使计数器有输出，防抖动目的得以实现。clk的时钟周期与N的值可以根据按键抖动时间由设计者自行设定。

　　主要程序结构如下：

　　图1是N为3的波形仿真图，当按键持续时间大于3个时钟周期，计数器输出一个单脉冲，其宽度为1个时钟周期，小于3个时钟周期的窄脉冲用作模拟抖动干扰，从图1可以看出，抖动不能干扰正常的单脉冲输出。

　　该方案的特点是能很好消除按键抖动产生的窄脉冲，还可以滤去干扰、噪音等其他尖峰波，但遇到脉宽大于N个Tclk时钟周期的干扰、噪音等时会有输出从而产生误操作，而对于按键操作要求按键时间必须大于N个Tclk时钟周期，否则按键操作也没有输出。

　　1.2 计数器型消抖电路(二)

　　计数器型消抖电路(二)是控制计数器工作一个循环周期(N+1个状态)，且仅在计数器为0时输出为“1”。电路设计了连锁控制设施。在计数器处于状态0时，此时若有按键操作，则计数器进入状态1，同时输出单脉冲(其宽度等于时钟周期)。计数器处于其他状态，都没有单脉冲输出。计数器处于状态N时，控制en='0'，导致计数器退出状态N，进入状态0。计数器能否保持状态0，取决于人工按键操作，若按键key_ in='1'，控制en='1'(计数器能正常工作)，key_in='0'，计数器状态保持。显见计数器处于状态0，人工不按键，则计数器保持状态0。

　　主要程序结构如下：