兩種基于電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法

劉 宸

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系，四川 遂寧 629000）

兩種基于電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法

劉 宸

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系，四川 遂寧 629000）

在電子設(shè)備中，按鍵是較常用的輸入設(shè)備之一，機(jī)械式按鍵在按下和釋放時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)，使得輸出電平不穩(wěn)定，從而會(huì)導(dǎo)致程序的錯(cuò)誤動(dòng)作．為了消除抖動(dòng)，通常使用軟件消抖．本文以幾種按鍵檢測(cè)程序?qū)Ρ人鼈兊奶攸c(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，總結(jié)出一種對(duì)電平計(jì)時(shí)的程序算法是更具通用性、效率更高和多任務(wù)實(shí)時(shí)響應(yīng)更優(yōu)的方法．

按鍵；程序；消抖

許多電子設(shè)備鍵盤常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系．機(jī)械式按鍵在按下和釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才能穩(wěn)定下來．這種機(jī)械抖動(dòng)會(huì)使輸出電平不穩(wěn)定，如圖1所示．抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與按鍵的機(jī)械特性和按鍵力度有關(guān)，一般為5～10 ms．按下按鍵的閉合穩(wěn)定時(shí)間通常大于100 ms．

圖1 按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)示意

輸出電平的不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致程序誤判．即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的.為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取消抖措施.消除電平抖動(dòng)可從硬件電路或軟件控制兩方面實(shí)現(xiàn).在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件消抖，讓程序控制十分簡(jiǎn)單，如單次脈沖發(fā)生電路.當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，通常采用軟件消抖來達(dá)到同樣可靠的效果，成本低廉.對(duì)應(yīng)的有多種按鍵檢測(cè)程序，本文接下來對(duì)比它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，探尋最優(yōu)的解決方案.本文示例程序用C 51語言編寫來說明算法，其他單片機(jī)開發(fā)環(huán)境均可參照此算法來實(shí)現(xiàn)．

1 方案分析

1.1 傳統(tǒng)按鍵檢測(cè)方法

傳統(tǒng)按鍵檢測(cè)程序如圖2所示，是一種簡(jiǎn)單的軟件消抖流程.首先檢測(cè)按鍵是否按下，如果沒有按鍵按下，則跳過這段程序.如果有鍵按下，通過調(diào)用10 ms延時(shí)函數(shù)，使按鍵可能抖動(dòng)的時(shí)間不做任何操作，待按鍵電平穩(wěn)定后，再次判斷鍵是否按下.如果第二次判斷時(shí)，按鍵是按下狀態(tài)，就表示有鍵可靠地按下，否則表示第一次檢測(cè)到的是干擾信號(hào)或者為按鍵釋放時(shí)的抖動(dòng).如果第二次判斷時(shí)，沒有按鍵按下，就應(yīng)該跳過執(zhí)行按鍵功能程序.

在確定有鍵按下的情況下，根據(jù)按鍵的功能，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵處理程序.為了確保每次按鍵按下時(shí)僅做一次操作，還要等待按鍵松開，也就是要再進(jìn)行按鍵檢測(cè)，有鍵按下則表示按鍵未松開，需要繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)，直到按鍵松開為止，結(jié)束按鍵的處理．

圖2傳統(tǒng)檢測(cè)按鍵流程圖

圖2 對(duì)應(yīng)的程序段如下所示．

void inkey()

{ uchar i;

uchark;//存儲(chǔ)鍵值的臨時(shí)變量

k=P1IN&0xC0;//讀鍵盤端口

if(k!=0xC0)//第一次判斷是否按下鍵

{//如果按下鍵，則要進(jìn)一步判斷和處理

delay10ms();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)，使按鍵抖動(dòng)時(shí)間過去

if(k==(P1IN&0xC0))//與第一次檢測(cè)相同，則表示有鍵穩(wěn)定按下

{key act(k);//執(zhí)行按鍵功能

while(k==(P1IN&0xC0));//鍵未松開，繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)

}}

這段程序能夠較好地實(shí)現(xiàn)按鍵消抖，如果系統(tǒng)為“按鍵”+“數(shù)碼管靜態(tài)顯示”或“按鍵”+“LCD 顯示”，使用這樣的檢測(cè)方法是可以的．但在等待按鍵松開時(shí)和消抖延時(shí)內(nèi)，程序是停在這的，不能處理其他實(shí)時(shí)任務(wù)，如動(dòng)態(tài)顯示、傳感器檢測(cè)等．即便可以利用中斷系統(tǒng)處理其他實(shí)時(shí)任務(wù)，而讓主程序來檢測(cè)按鍵，那么會(huì)無法進(jìn)入休眠模式，導(dǎo)致功耗太高．當(dāng)然，也可把這段按鍵檢測(cè)放在中斷里，那么由于中斷優(yōu)先級(jí)的問題，也會(huì)因程序停在這里導(dǎo)致無法運(yùn)行其他任務(wù)．

1.2 對(duì)電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法

傳統(tǒng)方法的按鍵檢測(cè)與其它實(shí)時(shí)任務(wù)的運(yùn)行存在矛盾，有諸多弊端，本文提出的對(duì)電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法可以解決這些問題． 程序流程圖如圖3所示，每隔幾個(gè)ms讀取一次按鍵值，可以放在主函數(shù)如圖3(a)，也可放在定時(shí)中斷函數(shù)里，只要間隔時(shí)間是幾個(gè)ms左右，目的是在時(shí)間上抽樣檢測(cè)引腳電平．

讀取鍵值的方法如圖3(b)，讀取端口數(shù)據(jù)，判斷有無按鍵，有鍵按下時(shí)出現(xiàn)低電平則計(jì)時(shí)+1，由于是間隔時(shí)間抽樣檢測(cè)按鍵，這個(gè)統(tǒng)計(jì)的計(jì)時(shí)值就能表征低電平保持的時(shí)間． 若連續(xù)多次都檢測(cè)到低電平，則表示已經(jīng)度過抖動(dòng)時(shí)間，穩(wěn)定按住按鍵．將按住按鍵20 ms時(shí)視為短按有效，若間隔時(shí)間是2 ms，則計(jì)時(shí)值則為10次，當(dāng)計(jì)時(shí)值達(dá)到10時(shí)滿足短按條件，就可返回鍵值，執(zhí)行相應(yīng)按鍵功能．當(dāng)計(jì)時(shí)值達(dá)到500，即按住了500*2 ms=1 s，視為長(zhǎng)按，此時(shí)將計(jì)時(shí)值回?fù)艿?00，并返回鍵值執(zhí)行相應(yīng)功能．當(dāng)繼續(xù)長(zhǎng)按住按鍵，計(jì)時(shí)值從400增大到500時(shí)，再次滿足長(zhǎng)按條件，但觸發(fā)的周期只有（500-400）*2 ms=200 ms，即長(zhǎng)按1秒后每隔0.2秒就執(zhí)行一次，實(shí)現(xiàn)了電視遙控器上的連加連減的效果．返回鍵值的時(shí)間點(diǎn)只有10(短按)和500(長(zhǎng)按)，太小的是按鍵抖動(dòng)時(shí)期，其他次數(shù)都不滿足按鍵條件，都返回按鍵無效的鍵值．當(dāng)釋放按鍵或抖動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)值清0，讓計(jì)時(shí)值構(gòu)成一個(gè)循環(huán)．整個(gè)檢測(cè)按鍵的程序里沒有延時(shí)和等待，因此程序不會(huì)停留在這里，方便進(jìn)行其它任務(wù)的處理．

圖3 對(duì)電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法

讀取按鍵值的程序如下：

uchar in key() //讀鍵盤

{ uchark;

staticuint cnt=0;//計(jì)時(shí)值，用靜態(tài)變量存儲(chǔ)以保存上次的值

k=P 3;

if(k!=0 x f f)//按鍵

{

cnt++; // 按間隔時(shí)間對(duì)低電平計(jì)數(shù)if (cnt==10) {return k;} //10*2ms=20ms 已經(jīng)按住

else if(cnt〉500)//500*2ms=1s 長(zhǎng)按

{cnt=400;return k;}// 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)按累加else return 0xff; // 其他次數(shù)，不滿足條件

}

else {cnt=0;return 0xff;}// 沒按鍵時(shí),cnt 清0

}

1.3 進(jìn)一步改進(jìn)的按鍵檢測(cè)方法

上述對(duì)電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)按累加，但是不能區(qū)分短按和長(zhǎng)按的鍵值，那么按鍵的功能是相同的，通過更改長(zhǎng)按的鍵值也可實(shí)現(xiàn)短按和長(zhǎng)按的不同功能，但是由于計(jì)時(shí)值從0逐漸增加到10再到500，長(zhǎng)按的過程中經(jīng)過短按的計(jì)時(shí)值，會(huì)造成執(zhí)行長(zhǎng)按功能之前必定執(zhí)行一次短按的功能.在需要嚴(yán)格區(qū)分短按和長(zhǎng)按功能的應(yīng)用場(chǎng)合，這是不允許的，因此可進(jìn)一步改進(jìn).方法是：長(zhǎng)按是按住不放的，應(yīng)在按鍵時(shí)判斷，而短按的識(shí)別應(yīng)放在釋放按鍵時(shí)判斷，這樣就保證了執(zhí)行長(zhǎng)按功能前不會(huì)執(zhí)行短按功能.

uchar inkey() // 讀鍵盤

{ uchar k;

static uint cnt=0,last_k;

k=P3;

if(k!=0xff)// 按鍵

{ last_k=k;// 保存上次按下的鍵值

cnt++;

if(cnt〉230) return 0x99;// 長(zhǎng)按執(zhí)行不同功能

else return 0xff;

}

else//釋放時(shí)判斷短按

{ if (10〈cnt&&cnt〈200)k=last_k;

//10〈cnt〈200，視為短按

elsek=0xff;

cnt=0;returnk;//沒按鍵時(shí),cnt清0

}

}

2 測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)和真實(shí)硬件電路的反復(fù)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文提出的對(duì)電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法既能夠可靠地消除前沿和后沿抖動(dòng)，又能夠保證程序順暢地運(yùn)行多任務(wù).而改進(jìn)的按鍵檢測(cè)方法在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步能嚴(yán)格區(qū)分短按和長(zhǎng)按的功能．顯示出這兩種方法的優(yōu)越性．

3 結(jié)語

綜上，傳統(tǒng)方法的按鍵檢測(cè)與其它實(shí)時(shí)任務(wù)的運(yùn)行存在諸多矛盾和弊端，如無法進(jìn)入休眠模式，或放在中斷里，由于中斷優(yōu)先級(jí)的問題，也會(huì)因程序停留導(dǎo)致無法運(yùn)行其他任務(wù).本文提出的對(duì)電平計(jì)時(shí)的按鍵檢測(cè)方法可以解決這些問題，但是不能區(qū)分短按和長(zhǎng)按的功能，進(jìn)一步改進(jìn)為按住時(shí)判斷長(zhǎng)按，釋放時(shí)判斷短按，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行長(zhǎng)按功能前不會(huì)執(zhí)行短按功能，保證了短按和長(zhǎng)按功能的嚴(yán)格區(qū)分，是通用性和效率更高的方法．

[1]成友才.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2014．

[2]施保華.M S P 430單片機(jī)入門與提高：全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)訓(xùn)教程[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2013．

責(zé)任編輯：張隆輝

T N 871

A

1672-2094（2017）04-0151-03

2017-05-14

劉 宸（1982-），男，四川射洪人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士.研究方向：應(yīng)用電子技術(shù).