單片機(jī)如何設(shè)計防抖動程序（源代碼），單片機(jī)高阻態(tài)怎樣克服？
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單片機(jī)按鍵去抖動程序_單片機(jī)按鍵消抖程序匯編
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201705/359116.htm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，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上就穩(wěn)定的接通，在斷開時也不會一下子徹底斷開，而是在閉合和斷開的瞬間伴隨了一連串的抖動，如圖 8-10 所示。
圖 8-10 按鍵抖動狀態(tài)圖
按鍵穩(wěn)定閉合時間長短是由操作人員決定的，通常都會在 100ms 以上，刻意快速按的話能達(dá)到 40-50ms 左右，很難再低了。抖動時間是由按鍵的機(jī)械特性決定的，一般都會在 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)檢測到按鍵狀態(tài)變化時，不是立即去響應(yīng)動作，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)一個電容，如圖 8-11 所示，利用電容的充放電特性來對抖動過程中產(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實(shí)現(xiàn)消抖的。最簡單的消抖原理，就是當(dāng)檢測到按鍵狀態(tài)變化后，先等待一個 10ms 左右的延時時間，讓抖動消失后再進(jìn)行一次按鍵狀態(tài)檢測，如果與剛才檢測到的狀態(tài)相同，就可以確認(rèn)按鍵已經(jīng)穩(wěn)定的動作了。將上一個的程序稍加改動，得到新的帶消抖功能的程序如下。
#include
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
sbit KEY1 = P2^4;
sbit KEY2 = P2^5;
sbit KEY3 = P2^6;
sbit KEY4 = P2^7;
unsigned char code LedChar[] = { //數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表
0xC0， 0xF9， 0xA4， 0xB0， 0x99， 0x92， 0x82， 0xF8，
0x80， 0x90， 0x88， 0x83， 0xC6， 0xA1， 0x86， 0x8E
};
void delay();
void main(){
bit keybuf = 1; //按鍵值暫存，臨時保存按鍵的掃描值
bit backup = 1; //按鍵值備份，保存前一次的掃描值
unsigned char cnt = 0; //按鍵計數(shù)，記錄按鍵按下的次數(shù)
ENLED = 0; //選擇數(shù)碼管 DS1 進(jìn)行顯示
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 0;
ADDR1 = 0;
ADDR0 = 0;
P2 = 0xF7; //P2.3 置 0，即 KeyOut1 輸出低電平
P0 = LedChar[cnt]; //顯示按鍵次數(shù)初值
while (1){
keybuf = KEY4; //把當(dāng)前掃描值暫存
if (keybuf != backup){ //當(dāng)前值與前次值不相等說明此時按鍵有動作
delay(); //延時大約 10ms
if (keybuf == KEY4){ //判斷掃描值有沒有發(fā)生改變，即按鍵抖動
if (backup == 0){ //如果前次值為 0，則說明當(dāng)前是彈起動作
cnt++; //按鍵次數(shù)+1
//只用 1 個數(shù)碼管顯示，所以加到 10 就清零重新開始
if (cnt 》= 10){
cnt = 0;
}
P0 = LedChar[cnt]; //計數(shù)值顯示到數(shù)碼管上
}
backup = keybuf; //更新備份為當(dāng)前值，以備進(jìn)行下次比較
}
}
}
}
/* 軟件延時函數(shù)，延時約 10ms */
void delay(){
unsigned int i = 1000;
while (i--);
}大家把這個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)字加了多次的問題是不是就這樣解決了?把問題解決掉的感覺是不是很爽呢?
這個程序用了一個簡單的算法實(shí)現(xiàn)了按鍵的消抖。作為這種很簡單的演示程序，我們可以這樣來寫，但是實(shí)際做項目開發(fā)的時候，程序量往往很大，各種狀態(tài)值也很多， while(1)這個主循環(huán)要不停的掃描各種狀態(tài)值是否有發(fā)生變化，及時的進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，如果程序中間加了這種 delay 延時操作后，很可能某一事件發(fā)生了，但是我們程序還在進(jìn)行 delay 延時操作中，當(dāng)這個事件發(fā)生完了，程序還在 delay 操作中，當(dāng)我們 delay 完事再去檢查的時候，已經(jīng)晚了，已經(jīng)檢測不到那個事件了。為了避免這種情況的發(fā)生，我們要盡量縮短 while(1)循環(huán)一次所用的時間，而需要進(jìn)行長時間延時的操作，必須想其它的辦法來處理。
那么消抖操作所需要的延時該怎么處理呢?其實(shí)除了這種簡單的延時，我們還有更優(yōu)異的方法來處理按鍵抖動問題。舉個例子：我們啟用一個定時中斷，每 2ms 進(jìn)一次中斷，掃描一次按鍵狀態(tài)并且存儲起來，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，而非處于抖動的階段，如圖 8-12。
圖 8-12 按鍵連續(xù)掃描判斷
假如左邊時間是起始 0 時刻，每經(jīng)過 2ms 左移一次，每移動一次，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，就認(rèn)為是抖動，不做任何判定。想一下，這樣是不是比簡單的延時更加可靠?
利用這種方法，就可以避免通過延時消抖占用單片機(jī)執(zhí)行時間，而是轉(zhuǎn)化成了一種按鍵狀態(tài)判定而非按鍵過程判定，我們只對當(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，同樣只以K4 為例。
#include
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
sbit KEY1 = P2^4;
sbit KEY2 = P2^5;
sbit KEY3 = P2^6;
sbit KEY4 = P2^7;
unsigned char code LedChar[] = { //數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表
0xC0， 0xF9， 0xA4， 0xB0， 0x99， 0x92， 0x82， 0xF8，
0x80， 0x90， 0x88， 0x83， 0xC6， 0xA1， 0x86， 0x8E
};
bit KeySta = 1; //當(dāng)前按鍵狀態(tài)
void main(){
bit backup = 1; //按鍵值備份，保存前一次的掃描值
unsigned char cnt = 0; //按鍵計數(shù)，記錄按鍵按下的次數(shù)
EA = 1; //使能總中斷
ENLED = 0; //選擇數(shù)碼管 DS1 進(jìn)行顯示
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 0;
ADDR1 = 0;
ADDR0 = 0;
TMOD = 0x01; //設(shè)置 T0 為模式 1
TH0 = 0xF8; //為 T0 賦初值 0xF8CD，定時 2ms
TL0 = 0xCD;
ET0 = 1; //使能 T0 中斷
TR0 = 1; //啟動 T0
P2 = 0xF7; //P2.3 置 0，即 KeyOut1 輸出低電平
P0 = LedChar[cnt]; //顯示按鍵次數(shù)初值
while (1){
if (KeySta != backup){ //當(dāng)前值與前次值不相等說明此時按鍵有動作
if (backup == 0){ //如果前次值為 0，則說明當(dāng)前是彈起動作
cnt++; //按鍵次數(shù)+1
if (cnt 》= 10){ //只用 1 個數(shù)碼管顯示，所以加到 10 就清零重新開始
cnt = 0;
}
P0 = LedChar[cnt]; //計數(shù)值顯示到數(shù)碼管上
}
//更新備份為當(dāng)前值，以備進(jìn)行下次比較
backup = KeySta;
}
}
}
/* T0 中斷服務(wù)函數(shù)，用于按鍵狀態(tài)的掃描并消抖 */
void InterruptTImer0() interrupt 1{
//掃描緩沖區(qū)，保存一段時間內(nèi)的掃描值
staTIc unsigned char keybuf = 0xFF;
TH0 = 0xF8; //重新加載初值
TL0 = 0xCD;
//緩沖區(qū)左移一位，并將當(dāng)前掃描值移入最低位
這個算法是我們在實(shí)際工程中經(jīng)常使用按鍵所總結(jié)的一個比較好的方法，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。
單片機(jī)高阻態(tài)是什么意思
在一個系統(tǒng)中或在一個整體中，我們往往定義了一些參考點(diǎn)，就像我們常常說的海平面，在單片中也是如此，我們無論說是高電平還是低電平都是相對來說的。
在51單片機(jī)，沒有連接上拉電阻的P0口相比有上拉電阻的P1口在I/O口引腳和電源之間相連是通過一對推挽狀態(tài)的FET來實(shí)現(xiàn)的，51具體結(jié)構(gòu)如下圖。
51結(jié)構(gòu)圖
組成推挽結(jié)構(gòu)，從理論上講是可以通過調(diào)配管子的參數(shù)輕松實(shí)現(xiàn)輸出大電流，提高帶載能力，兩個管子根據(jù)通斷狀態(tài)有四種不同的組合，上下管導(dǎo)通相當(dāng)于把電源短路了，這種情況下在實(shí)際電路中絕對不能出現(xiàn)，從邏輯電路上來講，上管開-下管關(guān)開時IO與VCC直接相連，IO輸出低電平0，這種結(jié)構(gòu)下如果沒有外接上拉電阻，輸出0就是開漏狀態(tài)(低阻態(tài))，因?yàn)镮/O引腳是通過一個管子接地的，并不是使用導(dǎo)線直接連接，而一般的MOS在導(dǎo)通狀態(tài)也會有mΩ極的導(dǎo)通電阻。
排阻
無論是低阻態(tài)還是高阻態(tài)都是相對來說的，把下管子置于截止?fàn)顟B(tài)就可以把GND和I/O口隔離達(dá)到開路的狀態(tài)，這時候推挽一對管子是截止?fàn)顟B(tài)，忽略讀取邏輯的話I/O口引腳相當(dāng)于與單片機(jī)內(nèi)部電路開路，考慮到實(shí)際MOS截止時會有少許漏電流，就稱作“高阻態(tài)”
由于管子PN節(jié)帶來的結(jié)電容的影響，有的資料也會稱作“浮空”，通過I/O口給電容充電需要一定的時間，那么IO引腳處的對地的真實(shí)電壓和水面浮標(biāo)隨波飄動類似了，電壓的大小不僅與外界輸入有關(guān)還和時間有關(guān)，在高頻情況下這種現(xiàn)象是不能忽略的。
單片機(jī)程序死機(jī)，跑飛了可以從以下幾個方面查找原因：
1、意外中斷。是否打開了某個中斷，但是沒有響應(yīng)和清除中端標(biāo)志，導(dǎo)致程序一直進(jìn)入中斷，造成死機(jī)假象;
2、中斷變量處理不妥。若定義某些會在中斷中修改的全局變量，這時要注意兩個問題：首先為了防止編譯器優(yōu)化中斷變量，要在這些變量定義時前加volaTIle，其次在主循環(huán)中讀取中斷變量前應(yīng)該首先關(guān)閉全局中斷，防止讀到一半被中斷給修改了，讀完之后再打開全局中斷;否則出現(xiàn)造成數(shù)據(jù)亂套。
3、地址溢出，常見錯誤為指針操作錯誤。我要著重說的是數(shù)組下標(biāo)使用循環(huán)函數(shù)中循環(huán)變量，如果循環(huán)變量沒控制好則會出現(xiàn)數(shù)組下標(biāo)越界，意外修改系統(tǒng)的寄存器造成死機(jī)，這種情況下如果死機(jī)說明運(yùn)氣好，否則后面不知道發(fā)生什么頭疼的事。
4、無條件的死循環(huán);比如使用while(x);等待電平變化，正常情況下x都會變成0，就怕萬一，因此最好加上時間限制;
5、看門狗沒有關(guān)閉。有的單片機(jī)即使沒使用看門狗開機(jī)時也有可能意外自動開啟了最小周期的看門狗，導(dǎo)致軟件不斷復(fù)位，造成死機(jī)，這個要看芯片手冊，最好在程序復(fù)位后首先應(yīng)該顯式清除看門狗再關(guān)閉看門狗;
6、堆棧溢出。最難查找的問題，對于容量小的單片機(jī)，盡量減少函數(shù)調(diào)用層級，減少局部變量，從而減少壓棧的時候所需的空間。當(dāng)你把以上幾條都試過不能解決問題，試一試把你的被調(diào)用少函數(shù)直接內(nèi)置到調(diào)用的地方并且把占用RAM大的局部變量改成全局變量，試一試說不定就可以了。
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