單片機(jī)按鍵消抖程序

通常按鍵所用的開關(guān)都是機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上就穩(wěn)定的接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子徹底斷開，而是在閉合和斷開的瞬間伴隨了一連串的抖動(dòng)，如圖 8-10 所示。

圖 8-10 按鍵抖動(dòng)狀態(tài)圖

按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間長(zhǎng)短是由操作人員決定的，通常都會(huì)在 100ms 以上，刻意快速按的話能達(dá)到 40-50ms 左右，很難再低了。抖動(dòng)時(shí)間是由按鍵的機(jī)械特性決定的，一般都會(huì)在 10ms以內(nèi)，為了確保程序?qū)Π存I的一次閉合或者一次斷開只響應(yīng)一次，必須進(jìn)行按鍵的消抖處理。當(dāng)檢測(cè)到按鍵狀態(tài)變化時(shí)，不是立即去響應(yīng)動(dòng)作，而是先等待閉合或斷開穩(wěn)定后再進(jìn)行處理。按鍵消抖可分為硬件消抖和軟件消抖。

硬件消抖就是在按鍵上并聯(lián)一個(gè)電容，如圖 8-11 所示，利用電容的充放電特性來(lái)對(duì)抖動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的電壓毛刺進(jìn)行平滑處理，從而實(shí)現(xiàn)消抖。但實(shí)際應(yīng)用中，這種方式的效果往往不是很好，而且還增加了成本和電路復(fù)雜度，所以實(shí)際中使用的并不多。

圖 8-11 硬件電容消抖

在絕大多數(shù)情況下，我們是用軟件即程序來(lái)實(shí)現(xiàn)消抖的。最簡(jiǎn)單的消抖原理，就是當(dāng)檢測(cè)到按鍵狀態(tài)變化后，先等待一個(gè) 10ms 左右的延時(shí)時(shí)間，讓抖動(dòng)消失后再進(jìn)行一次按鍵狀態(tài)檢測(cè)，如果與剛才檢測(cè)到的狀態(tài)相同，就可以確認(rèn)按鍵已經(jīng)穩(wěn)定的動(dòng)作了。將上一個(gè)的程序稍加改動(dòng)，得到新的帶消抖功能的程序如下。

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1. #include
3. sbit ADDR0 = P1^0;
4. sbit ADDR1 = P1^1;
5. sbit ADDR2 = P1^2;
6. sbit ADDR3 = P1^3;
7. sbit ENLED = P1^4;
8. sbit KEY1 = P2^4;
9. sbit KEY2 = P2^5;
10. sbit KEY3 = P2^6;
11. sbit KEY4 = P2^7;
13. unsigned char code LedChar[] = { //數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表
14. 0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
15. 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
16. };
18. void delay();
19. void main(){
20. bit keybuf = 1; //按鍵值暫存，臨時(shí)保存按鍵的掃描值
21. bit backup = 1; //按鍵值備份，保存前一次的掃描值
22. unsigned char cnt = 0; //按鍵計(jì)數(shù)，記錄按鍵按下的次數(shù)
24. ENLED = 0; //選擇數(shù)碼管 DS1 進(jìn)行顯示
25. ADDR3 = 1;
26. ADDR2 = 0;
27. ADDR1 = 0;
28. ADDR0 = 0;
29. P2 = 0xF7; //P2.3 置 0，即 KeyOut1 輸出低電平
30. P0 = LedChar[cnt]; //顯示按鍵次數(shù)初值
32. while (1){
33. keybuf = KEY4; //把當(dāng)前掃描值暫存
34. if (keybuf != backup){ //當(dāng)前值與前次值不相等說(shuō)明此時(shí)按鍵有動(dòng)作
35. delay(); //延時(shí)大約 10ms
36. if (keybuf == KEY4){ //判斷掃描值有沒有發(fā)生改變，即按鍵抖動(dòng)
37. if (backup == 0){ //如果前次值為 0，則說(shuō)明當(dāng)前是彈起動(dòng)作
38. cnt++; //按鍵次數(shù)+1
39. //只用 1 個(gè)數(shù)碼管顯示，所以加到 10 就清零重新開始
40. if (cnt >= 10){
41. cnt = 0;
42. }
43. P0 = LedChar[cnt]; //計(jì)數(shù)值顯示到數(shù)碼管上
44. }
45. backup = keybuf; //更新備份為當(dāng)前值，以備進(jìn)行下次比較
46. }
47. }
48. }
49. }
50. /* 軟件延時(shí)函數(shù)，延時(shí)約 10ms */
51. void delay(){
52. unsigned int i = 1000;
53. while (i--);
54. }

大家把這個(gè)程序下載到板子上再進(jìn)行試驗(yàn)試試，按一下按鍵而數(shù)字加了多次的問(wèn)題是不是就這樣解決了？把問(wèn)題解決掉的感覺是不是很爽呢？

這個(gè)程序用了一個(gè)簡(jiǎn)單的算法實(shí)現(xiàn)了按鍵的消抖。作為這種很簡(jiǎn)單的演示程序，我們可以這樣來(lái)寫，但是實(shí)際做項(xiàng)目開發(fā)的時(shí)候，程序量往往很大，各種狀態(tài)值也很多， while(1)這個(gè)主循環(huán)要不停的掃描各種狀態(tài)值是否有發(fā)生變化，及時(shí)的進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，如果程序中間加了這種 delay 延時(shí)操作后，很可能某一事件發(fā)生了，但是我們程序還在進(jìn)行 delay 延時(shí)操作中，當(dāng)這個(gè)事件發(fā)生完了，程序還在 delay 操作中，當(dāng)我們 delay 完事再去檢查的時(shí)候，已經(jīng)晚了，已經(jīng)檢測(cè)不到那個(gè)事件了。為了避免這種情況的發(fā)生，我們要盡量縮短 while(1)循環(huán)一次所用的時(shí)間，而需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)的操作，必須想其它的辦法來(lái)處理。

那么消抖操作所需要的延時(shí)該怎么處理呢？其實(shí)除了這種簡(jiǎn)單的延時(shí)，我們還有更優(yōu)異的方法來(lái)處理按鍵抖動(dòng)問(wèn)題。舉個(gè)例子：我們啟用一個(gè)定時(shí)中斷，每 2ms 進(jìn)一次中斷，掃描一次按鍵狀態(tài)并且存儲(chǔ)起來(lái)，連續(xù)掃描 8 次后，看看這連續(xù) 8 次的按鍵狀態(tài)是否是一致的。8 次按鍵的時(shí)間大概是 16ms，這 16ms 內(nèi)如果按鍵狀態(tài)一直保持一致，那就可以確定現(xiàn)在按鍵處于穩(wěn)定的階段，而非處于抖動(dòng)的階段，如圖 8-12。

圖 8-12 按鍵連續(xù)掃描判斷

假如左邊時(shí)間是起始 0 時(shí)刻，每經(jīng)過(guò) 2ms 左移一次，每移動(dòng)一次，判斷當(dāng)前連續(xù)的 8 次按鍵狀態(tài)是不是全 1 或者全 0，如果是全 1 則判定為彈起，如果是全 0 則判定為按下，如果0 和 1 交錯(cuò)，就認(rèn)為是抖動(dòng)，不做任何判定。想一下，這樣是不是比簡(jiǎn)單的延時(shí)更加可靠？

利用這種方法，就可以避免通過(guò)延時(shí)消抖占用單片機(jī)執(zhí)行時(shí)間，而是轉(zhuǎn)化成了一種按鍵狀態(tài)判定而非按鍵過(guò)程判定，我們只對(duì)當(dāng)前按鍵的連續(xù) 16ms 的 8 次狀態(tài)進(jìn)行判斷，而不再關(guān)心它在這 16ms 內(nèi)都做了什么事情，那么下面就按照這種思路用程序?qū)崿F(xiàn)出來(lái)，同樣只以K4 為例。

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1. #include
3. sbit ADDR0 = P1^0;
4. sbit ADDR1 = P1^1;
5. sbit ADDR2 = P1^2;
6. sbit ADDR3 = P1^3;
7. sbit ENLED = P1^4;
8. sbit KEY1 = P2^4;
9. sbit KEY2 = P2^5;
10. sbit KEY3 = P2^6;
11. sbit KEY4 = P2^7;
13. unsigned char code LedChar[] = { //數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表
14. 0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
15. 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
16. };
17. bit KeySta = 1; //當(dāng)前按鍵狀態(tài)
19. void main(){
20. bit backup = 1; //按鍵值備份，保存前一次的掃描值
21. unsigned char cnt = 0; //按鍵計(jì)數(shù)，記錄按鍵按下的次數(shù)
22. EA = 1; //使能總中斷
23. ENLED = 0; //選擇數(shù)碼管 DS1 進(jìn)行顯示
24. ADDR3 = 1;
25. ADDR2 = 0;
26. ADDR1 = 0;
27. ADDR0 = 0;
28. TMOD = 0x01; //設(shè)置 T0 為模式 1
29. TH0 = 0xF8; //為 T0 賦初值 0xF8CD，定時(shí) 2ms
30. TL0 = 0xCD;
31. ET0 = 1; //使能 T0 中斷
32. TR0 = 1; //啟動(dòng) T0
33. P2 = 0xF7; //P2.3 置 0，即 KeyOut1 輸出低電平
34. P0 = LedChar[cnt]; //顯示按鍵次數(shù)初值
36. while (1){
37. //KeySta = KEY4; //把當(dāng)前掃描值暫存
38. if (KeySta != backup){ //當(dāng)前值與前次值不相等說(shuō)明此時(shí)按鍵有動(dòng)作
39. if (backup == 0){ //如果前次值為 0，則說(shuō)明當(dāng)前是彈起動(dòng)作
40. cnt++; //按鍵次數(shù)+1
41. if (cnt >= 10){ //只用 1 個(gè)數(shù)碼管顯示，所以加到 10 就清零重新開始
42. cnt = 0;
43. }
44. P0 = LedChar[cnt]; //計(jì)數(shù)值顯示到數(shù)碼管上
45. }
46. //更新備份為當(dāng)前值，以備進(jìn)行下次比較
47. backup = KeySta;
48. }
49. }
50. }
51. /* T0 中斷服務(wù)函數(shù)，用于按鍵狀態(tài)的掃描并消抖 */
52. void InterruptTimer0() interrupt 1{
53. //掃描緩沖區(qū)，保存一段時(shí)間內(nèi)的掃描值
54. static unsigned char keybuf = 0xFF;
56. TH0 = 0xF8; //重新加載初值
57. TL0 = 0xCD;
58. //緩沖區(qū)左移一位，并將當(dāng)前掃描值移入最低位
59. keybuf = (keybuf<<1) | KEY4;
60. //連續(xù) 8 次掃描值都為 0，即 16ms 內(nèi)都只檢測(cè)到按下狀態(tài)時(shí)，可認(rèn)為按鍵已按下
61. if (keybuf == 0x00){
62. KeySta = 0;
63. //連續(xù) 8 次掃描值都為 1，即 16ms 內(nèi)都只檢測(cè)到彈起狀態(tài)時(shí)，可認(rèn)為按鍵已彈起
64. }else if (keybuf == 0xFF){
65. KeySta = 1;
66. }
67. else{
68. //其它情況則說(shuō)明按鍵狀態(tài)尚未穩(wěn)定，則不對(duì) KeySta 變量值進(jìn)行更新
69. }
70. }

這個(gè)算法是我們?cè)趯?shí)際工程中經(jīng)常使用按鍵所總結(jié)的一個(gè)比較好的方法，介紹給大家，今后都可以用這種方法消抖了。當(dāng)然，按鍵消抖也還有其它的方法，程序?qū)崿F(xiàn)更是多種多樣，大家也可以再多考慮下其它的算法，拓展下思路。