1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)五 按鍵消抖一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握QuartusII的硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)方法2. 了解同步計(jì)數(shù)器的原理及應(yīng)用3. 設(shè)計(jì)一個(gè)帶使能輸入、進(jìn)位輸出及同步清零的增1四位N (N16)進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器二. 準(zhǔn)備知識(shí)在按鍵使用的過(guò)程中，常常遇到按鍵抖動(dòng)的問(wèn)題，開(kāi)關(guān)在閉合（斷開(kāi)）的瞬間，不能一接觸就一直保持導(dǎo)通（斷開(kāi)），因?yàn)殚_(kāi)關(guān)的機(jī)械特性，重要經(jīng)歷接觸斷開(kāi)再接觸再斷開(kāi)，最終穩(wěn)定在接觸位置，這就是開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)，即雖然只是按下按鍵一次然后放掉，結(jié)果在按鍵信號(hào)穩(wěn)定前后，竟出現(xiàn)了一些不該存在的噪聲，這樣就會(huì)引起電路的誤動(dòng)作。在很多應(yīng)用按鍵的場(chǎng)合，要求具有消抖措施。按鍵抖動(dòng)與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性

2、有關(guān)，其抖動(dòng)期一般為5-10ms。圖5.1 按鍵電平抖動(dòng)示意圖按鍵的消除抖動(dòng)分為硬件消除抖動(dòng)和軟件消除抖動(dòng)。硬件消除抖動(dòng)一般采用濾波的方法，通常在按鍵兩端并聯(lián)一個(gè)110u左右的電容，有時(shí)這樣也不能完全消除按鍵的抖動(dòng)。軟件消除抖動(dòng)的方法有多種，常用的是延時(shí)掃描和定時(shí)器掃描。延時(shí)掃描其原理為：檢測(cè)到按鍵操作后延時(shí)一端時(shí)間(如10ms)后，再檢測(cè)是否為仍然為同樣的按鍵操作狀態(tài)，如果相同，就認(rèn)為是進(jìn)行了按鍵操作，然后對(duì)該操作進(jìn)行相應(yīng)的處理。定時(shí)器掃描的原理是：每隔一端時(shí)間(幾毫秒)掃描一次鍵盤(pán)，如果連續(xù)兩次(或3次)的所獲得的按鍵狀態(tài)相同，就輸出按鍵狀態(tài)，然后再對(duì)這種按鍵狀態(tài)進(jìn)行處理，這里的掃描時(shí)間間

3、隔和連續(xù)判斷按鍵狀態(tài)的次數(shù)是有關(guān)系的，一般總時(shí)間要大于按鍵的抖動(dòng)期。如果總時(shí)間太長(zhǎng)，則感覺(jué)按鍵遲鈍，太短可能不能完全消除抖動(dòng)，要根據(jù)實(shí)際的情況合適的選擇。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采用的是軟硬件相結(jié)合對(duì)按鍵進(jìn)行消除抖動(dòng)的處理方法。本實(shí)驗(yàn)采用的方法：實(shí)驗(yàn)箱按鍵的硬件電路是共陽(yáng)極電路，按下按鍵時(shí)輸出到FPGA管腳的電平為低電平，松開(kāi)按鍵時(shí)為高電平。我們采用5ms的定時(shí)器掃描FPGA管腳電平，如果連續(xù)3次為低電平時(shí)，存儲(chǔ)連續(xù)按鍵狀態(tài)的次數(shù)CNT的值加1，直到該計(jì)數(shù)值等于10（或再大一些），就不再累加(防止長(zhǎng)按該值溢出而重新計(jì)數(shù))，此時(shí)認(rèn)為按鍵已穩(wěn)定，輸出按鍵操作標(biāo)志；在該過(guò)程中，一旦FPGA管腳電平為低

4、電平就對(duì)CNT復(fù)位清零并同時(shí)對(duì)按鍵操作標(biāo)志位復(fù)位，即一個(gè)異步復(fù)位。本實(shí)驗(yàn)采用的方法：實(shí)驗(yàn)箱按鍵的硬件電路是共陽(yáng)極電路，按下按鍵時(shí)輸出到FPGA管腳的電平為低電平，松開(kāi)按鍵時(shí)為高電平。我們采用5ms的定時(shí)器掃描采樣FPGA管腳電平，如果連續(xù)3次為低電平時(shí)，可以認(rèn)為此時(shí)按鍵已穩(wěn)定，輸出一個(gè)低電平按鍵信號(hào)；繼續(xù)采樣的過(guò)程中如果不能滿足連續(xù)3次采樣為低，則認(rèn)為鍵穩(wěn)定狀態(tài)結(jié)束，這時(shí)輸出變?yōu)楦唠娖?連線3次采用信號(hào)相“或”)，認(rèn)為按鍵松開(kāi)。其原理圖如圖5.2所示。時(shí)間間隔可以更小、采樣次數(shù)更多效果可能會(huì)更好，但是增加了硬件的復(fù)雜度和資源利用。圖5.2 按鍵抖動(dòng)硬件原理圖本實(shí)驗(yàn)的思路為：用按鍵消抖與不消抖的

5、信號(hào)，分別當(dāng)作時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果用數(shù)碼管靜態(tài)顯示，比較按鍵消抖與不消抖的區(qū)別。三. 實(shí)驗(yàn)步驟1、 新建工程antiwobble新建文件夾，并在該文件夾下新建工程。2、 編寫(xiě)硬件描述語(yǔ)言文件將圖3.2所示的電路用語(yǔ)言描述出來(lái)，并擴(kuò)展多個(gè)通道(多路按鍵輸入，多路消抖信號(hào)輸出)。文件名為debounce，并封裝生成模塊符號(hào)文件。編寫(xiě)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器文件CNT16，并封裝生成模塊符號(hào)文件，或添加兆功能計(jì)數(shù)器模塊實(shí)現(xiàn)16進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。編寫(xiě)譯碼電路文件DECODE7，并封裝生成模塊符號(hào)文件。添加計(jì)數(shù)器分頻模塊DIV200Hz，我們需要周期為5ms的時(shí)鐘信號(hào)，故分頻次數(shù)。最后生成頂層原理圖文

6、件antiwobble如圖5.3所示。圖5.3 按鍵消抖頂層模塊說(shuō)明：48MHz的系統(tǒng)晶振時(shí)鐘頻率經(jīng)模240,000的計(jì)數(shù)器，得到的進(jìn)位cout，其頻率為200Hz，也可以使用其計(jì)數(shù)值的最高位Q17作為消抖模塊的時(shí)鐘信號(hào)。二者的區(qū)別是占空比不同。消抖模塊“debounce”使用了參數(shù)傳遞說(shuō)明語(yǔ)句，以關(guān)鍵詞GENERIC引導(dǎo)一個(gè)類(lèi)屬參量表，在表中提供總線寬度等靜態(tài)信息。類(lèi)屬表說(shuō)明用于設(shè)計(jì)實(shí)體和外部環(huán)境通信的參數(shù)和傳遞信息。GENERIC語(yǔ)句在所定義的環(huán)境中的地位與常數(shù)相似，但卻能從環(huán)境(如外部實(shí)體)外部動(dòng)態(tài)地接受賦值，其行為又類(lèi)似于端口PORT。其使用本實(shí)驗(yàn)見(jiàn)參考程序。在類(lèi)屬表的“KEY_WID

7、TH”參數(shù)的“Value”欄設(shè)為1，就是對(duì)一個(gè)按鍵進(jìn)行消抖處理。這時(shí)其模塊輸入輸出管腳key_in、key_out為1位的邏輯位信號(hào)而非總線信號(hào)，但其模塊間連線可以是總線連線(粗線)，也可以是節(jié)點(diǎn)連線(細(xì)線)。在debounce程序中，盡管設(shè)定了位寬KEY_WIDTH=8，但是在頂層文件中調(diào)用該模塊時(shí)，可以重新更改其位寬設(shè)置，編譯時(shí)以頂層文件的設(shè)置進(jìn)行編譯。盡管在debounce程序中設(shè)置的位寬在頂層文件中無(wú)效，但必須進(jìn)行設(shè)置，否則debounce文件封裝生成模塊符號(hào)文件時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)。Key1經(jīng)過(guò)消抖處理，作為時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)計(jì)數(shù)器CNT16，而key2則位經(jīng)過(guò)消抖處理。3、 編譯、鎖定管腳、再編譯指

8、定antiwobble原理圖文件為頂層文件。為了方便鎖定管腳，我們先進(jìn)行編譯，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行糾正，直至成功為止。鎖定管腳(管腳表)再編譯，把管腳鎖定的信息編譯到下載文件中去。4、 下載連接電源，進(jìn)行下載觀察按鍵key1和key2進(jìn)行操作時(shí)，計(jì)數(shù)器變化結(jié)果的區(qū)別，以認(rèn)識(shí)按鍵存在抖動(dòng)以及對(duì)按鍵需要進(jìn)行消抖處理才能使用正常。四. 實(shí)驗(yàn)參考程序程序清單 debounce.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_Arith.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_Unsigned.ALL;ENTITY debou

9、nce ISGENERIC(KEY_WIDTH:Integer:=8); -參數(shù)傳遞說(shuō)明語(yǔ)句PORT(clk:IN STD_LOGIC; -系統(tǒng)時(shí)鐘輸入key_in:INSTD_LOGIC_VECTOR(KEY_WIDTH-1 DOWNTO 0);-外部按鍵輸入key_out:OUT STD_LOGIC_VECTOR(KEY_WIDTH-1 DOWNTO 0) ); -按鍵消抖輸出END;ARCHITECTURE one OF debounce ISSIGNAL dout1,dout2,dout3:STD_LOGIC_VECTOR(KEY_WIDTH-1 DOWNTO 0);BEGINkey_out=dout1 OR dout2 OR dout3;-按鍵消抖輸出PROCESS(clk)BEGINIF RISING_EDGE(clk)THEN -上升沿觸發(fā)dout1=key_in; -寄存dout2=dout1;dout3=dout2;END IF;END PROCESS;END one;說(shuō)明：key_out=dout1 OR dout2 OR dout3;是3個(gè)信號(hào)“或”。對(duì)總線數(shù)據(jù)而言，相同的位進(jìn)行“或”把運(yùn)算后的結(jié)果賦值給輸出的相同位。即key_outi=d