C語(yǔ)言下的抗干擾消抖按鍵程序設(shè)計(jì)研究

張紅軍 賀州學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院

在我國(guó)常見(jiàn)的單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)中，由于機(jī)械的特殊性導(dǎo)致其在投產(chǎn)中并不能夠達(dá)到理想的效果。在電路設(shè)計(jì)預(yù)期效果中，其想要達(dá)到按鍵按下則點(diǎn)位遍地，按鍵釋放則點(diǎn)位變高，如圖1所示。但是在實(shí)際操作中，通常是機(jī)械按鍵按下后經(jīng)過(guò)多次高低電位的變化后才變成持續(xù)穩(wěn)定的低電壓，按鍵經(jīng)過(guò)多次釋放后才能夠慢慢恢復(fù)到想要的穩(wěn)定高電壓。當(dāng)這個(gè)變化過(guò)程必然經(jīng)過(guò)高低壓的震動(dòng)，因此我們將這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為抖動(dòng)。抖動(dòng)時(shí)間通常為6-12ms，在設(shè)計(jì)時(shí)取值為8ms。也正是因?yàn)槎秳?dòng)的產(chǎn)生，所以雖然只按了一次鍵，但是實(shí)際上機(jī)器已經(jīng)接收了多次按鍵。如果使用單片機(jī)控制按鍵+1電路，如果不消除抖動(dòng)，則數(shù)碼管的顯示次數(shù)會(huì)非常多，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。如果噪音的干擾較為嚴(yán)重，及時(shí)沒(méi)有人為操作，也會(huì)使單片機(jī)因?yàn)楦蓴_噪音的出現(xiàn)而自動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)而造成操作失誤現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種失誤將會(huì)造成非常大的瞬時(shí)，所以在消抖程序中加入抗干擾程序是必須要進(jìn)行的程序。本文以單片機(jī)按鍵+1的電路為例子，敘述C語(yǔ)言抗干擾消抖的程序設(shè)計(jì)。

圖1 理想波形圖

1 消抖方式分析

消除抖動(dòng)的方式有兩種，一種是硬件，另一種是軟件。其中，硬件消除抖動(dòng)的方式也分為RS硬件消抖、電容濾波消抖、中斷法消抖三種形式。硬件消除抖動(dòng)可以編寫(xiě)消抖程序，并將其運(yùn)用到元件、電路板、成本等環(huán)節(jié)中，就可以實(shí)現(xiàn)消抖。通過(guò)軟件消抖可以借助高低電平變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下是具體的消抖程序介紹：

1.1 硬件消抖

硬件消抖就是將抖動(dòng)消除在信號(hào)輸入之前，這樣就可以節(jié)省資源，提高系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)的感知力。

1.1.1 RS硬件消抖

運(yùn)用兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成一個(gè)RS硬件，再利用其記憶作用消除抖動(dòng)對(duì)于及其的作用力。當(dāng)開(kāi)關(guān)每切換一次，輸出端就進(jìn)行一次操作，進(jìn)而消除抖動(dòng)的影響。

1.1.2 電容濾波消抖

使用RS鎖存器進(jìn)行消抖，只能夠在單刀雙擲開(kāi)關(guān)中取得良好的效果。在當(dāng)前常用的鍵盤(pán)中，常常是兩個(gè)接線端的按鍵。針對(duì)這一按鍵的特征，可以將電容并聯(lián)到案件中，利用平波的方式進(jìn)行調(diào)整，從而消除脈沖波。

1.1.3 中斷法消抖

每個(gè)案件都需要與外部中斷口相連接，當(dāng)對(duì)按鍵進(jìn)行按動(dòng)時(shí)，可以引起單片機(jī)的中斷，進(jìn)而消除抖動(dòng)。這種方法可以不用在主程序中進(jìn)行查詢，只需要中斷之后再處理相應(yīng)的問(wèn)題即可。缺點(diǎn)就是單片機(jī)的中斷是非常有價(jià)值的，一旦發(fā)生中斷將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，因此當(dāng)前對(duì)于這種消抖方法比較少用。

1.2 軟件消抖

有上述可知，如果采用硬件消抖的方式對(duì)單片機(jī)進(jìn)行消抖，則N個(gè)按鍵就必須要進(jìn)行N個(gè)防抖程序設(shè)計(jì)。所以，當(dāng)按鍵比較多的時(shí)候，硬件防抖程序?qū)o(wú)法進(jìn)行操作，這也暴露出了硬件消抖的弊端。在這種情況下，可以選取軟件的方式進(jìn)行防抖。軟件消抖是采用降低鍵盤(pán)輸入端口的接收信號(hào)頻率，從而將高頻抖動(dòng)變化成低頻抖動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)案件閉合，就進(jìn)行8s的延時(shí)，讓前一個(gè)抖動(dòng)小時(shí)候則再一次進(jìn)入檢測(cè)的狀態(tài)，如果仍在閉合狀態(tài)，則確認(rèn)是否有按鍵按下。當(dāng)按鍵釋放后再進(jìn)行8s的延時(shí)，當(dāng)抖動(dòng)全部消失后轉(zhuǎn)入處理程序。一般程序代碼如下所示：

如果程序是if(v==0)的狀態(tài)則證明按鍵發(fā)生了變化，繼續(xù)進(jìn)行下一步驟

在程序出現(xiàn)delay的狀態(tài)時(shí)經(jīng)歷8s延時(shí)，經(jīng)歷按鍵抖動(dòng)

當(dāng)if(v==0)時(shí)進(jìn)行第二次檢測(cè)按鍵狀態(tài)

然后執(zhí)行下面程序

結(jié)束

2 C語(yǔ)言下的抗干擾消抖按鍵流程設(shè)計(jì)與分析

可以通過(guò)QR1的數(shù)值判斷按鍵是否經(jīng)歷過(guò)按下或是釋放。QR1；在延時(shí)8s后按下抖動(dòng)期后再次判斷，如果QR=0則是人為操作，如果QR≠0則證明其他原因干擾導(dǎo)致的。因此在程序流程設(shè)計(jì)中，可以按照如下步驟來(lái)設(shè)計(jì)：

第一步設(shè)立為開(kāi)始，按鍵是否按下，如果是延時(shí)8s，若不是返回。延時(shí)8s后進(jìn)行第二次的按鍵是否按下檢查，如果是則繼續(xù)，如果不是則返回到第一步。當(dāng)?shù)诙螜z查后進(jìn)行按鍵是否釋放的檢查，如若是，則延時(shí)8s，如果否則返回第二次按鍵是否按下的檢查中。當(dāng)延時(shí)8s后檢查按鍵是否釋放，如若是進(jìn)行接下來(lái)的按鍵是否釋放檢查；如若不是則返回上億步按鍵是否釋放的檢查中。如若按鍵已經(jīng)全部釋放則進(jìn)行執(zhí)行功能程序段的檢查，最后結(jié)束。

3 電路設(shè)計(jì)

在C語(yǔ)言下的抗干擾消抖按鍵程序電路設(shè)計(jì)中，充分考慮了消抖按鍵程序的實(shí)際使用情況，并針對(duì)抗干擾程序的運(yùn)行等問(wèn)題對(duì)于電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，具體電路設(shè)計(jì)圖如下所示：

圖3 電路設(shè)計(jì)圖

4 C語(yǔ)言下的抗干擾消抖按鍵程序設(shè)計(jì)

可以通過(guò)上述的電路設(shè)計(jì)和流程設(shè)計(jì)，設(shè)定抗干擾消抖按鍵程序如下所示：

綜上所述，只要將執(zhí)行功能程序段的設(shè)計(jì)稍微改動(dòng)一下，就可以將原本的按鍵釋放后數(shù)碼顯示管顯示，改變?yōu)榘存I按下后數(shù)碼顯示管顯示。同理，將本程序稍微改動(dòng)一下，也可以將+1的電路變?yōu)?1的電路。

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