基于VHDL语言的按键消抖电路设计及仿真

电路的复位信号Reset有效时，电路进入复位状态S0，在S0状态下时钟信号CLK以一定的频率采样按键输入信号Key_in，如果采样到Key_in=‘1’则停留在S0状态，并继续采样按键输入信号的状态，一旦采样到输入信号是低电平，即Key_in=‘0’，则转入S1延时状态，进行消抖延时，当延时结束时Delay_end=‘1’，则转入在S2状态，在此状态下时钟信号CLK以一定频率采样按键输入Key_in的状态，如果采样到Key_in为高电平即Key_in=‘1’则转回状态S0，表示按键仍处在抖动状态，如果采样到Key_in=‘O’，则转入状态S3；状态S3，S4的转换过程和条件跟S2相同，在S4状态下，如果Key_in=‘0’则转入S5状态，当到达状态S5时．表示经过S2，S3，S4三个连续状态检测按键输入Key_in的状态都为‘0’，则认为按键处在稳定状态，并在S5输出按键确认信号Key_confirm=‘1’。同时在状态S5下时钟信号CLK检测按键输入状态，当检测到按键输入Key_in=‘0’，表示按键仍未释放，则停留在S5继续检测按键输入信号状态，如果检测到Key_in=‘1’，表示按键已经释放，则转回状态S0，等待下一次按键操作。

3 按键消抖电路的仿真分析
消抖电路的仿真图如图3所示。当复位信号Reset=‘0’时，状态机Key处在S0状态，同时以CLK的时钟频率采样按键输入信号Din的状态，当CLK第一次采样到Din为低电平时，此时可能发生了按键操作，随即状态机Key进入S1消抖延时状态，当延时结束时delay_end=‘1’(延时结束信号)，跟接着状态机KEY的S2，S3，S4连续三个状态对按键输入信号Din进行采样，当三个状态下采样到Din信号都是低电平，则转入S5状态，并产生按键确认信号Key_confirm=‘1’，同时在S5状态下等待按键释放，在此状态下当CLK时钟信号检测到Din为高电平时转回状态S0。因按键释放瞬间也会发生抖动，所以由波形图可以看出，当按键释放瞬间由状态S5转回状态S0，在S0状态下，因按键抖动CLK时钟又检测到Din为低电平，随即转入S1进行消抖延时，经过S1的消抖延时后，按键已经稳定，Din为稳定的高电平，所以在状态S2检测到Din为高电平，则转入S0状态，到此时完成一次按键的操作，等待下一次按键操作，如果没有按键操作，即按键没按下，则一直保持在状态S0。

4 结 语
采用有限状态机方法设计按键消抖电路，再根据按键的特性设定合适的延时时间(一般10 ms)后，通过仿真分析及实验验证，能够起到很好的消抖效果，而且性能稳定，能确保每一次按键操作，产生一次按键确认，可广泛应用于可编程逻辑器件的键盘扫描设计中。