在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：1、直接按鍵； 2、矩陣編碼鍵盤(pán)。直接按鍵的每個(gè)按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè)I/O口上，直接按鍵則通過(guò)判斷按鍵端口的電位即可識(shí)別按鍵操作；而矩陣鍵盤(pán)通過(guò)行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識(shí)別。下面我們以S51增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的直接按鍵來(lái)學(xué)習(xí)單片機(jī)輕觸按鍵在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

S51增強(qiáng)型單片機(jī)輕觸按鍵原理圖

圖 1

一、按鍵時(shí)序分析

通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開(kāi)關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開(kāi)的，當(dāng)我們按壓按鈕時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，按鍵的時(shí)序如下圖2所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動(dòng)作決定，一般為5ms～20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長(zhǎng)短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。

輕觸按鍵操作時(shí)序示意圖

圖 2

從上面圖2中我們可以看到，一次完整的擊鍵過(guò)程，包含以下5個(gè)階段：

1. 等待階段： 此時(shí)按鍵尚未按下，處于空閑階段。

2. 前沿（閉合）抖動(dòng)階段：此時(shí)按鍵剛剛按下，但按鍵信號(hào)還處于抖動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)時(shí)間一般為5~20ms。為了確保按鍵操作不會(huì)誤動(dòng)作，此時(shí)必須有個(gè)前沿消抖動(dòng)延時(shí)。

3. 鍵穩(wěn)定階段：此時(shí)抖動(dòng)已經(jīng)結(jié)束，一個(gè)有效的按鍵動(dòng)作已經(jīng)產(chǎn)生。系統(tǒng)應(yīng)該在此時(shí)執(zhí)行按鍵功能；或?qū)存I所對(duì)應(yīng)的鍵值記錄下來(lái)，待按鍵釋放時(shí)再執(zhí)行。

4. 后沿（釋放）抖動(dòng)階段：一般來(lái)說(shuō)，考究一點(diǎn)的程序應(yīng)該在這里再做一次消抖延時(shí)，以防誤動(dòng)作。但是，如果前面“前沿抖動(dòng)階段”的消抖延時(shí)時(shí)間取值合適的話，可以忽略此階段。

5. 按鍵釋放階段：此時(shí)后沿抖動(dòng)已經(jīng)結(jié)束，按鍵已經(jīng)處于完全釋放狀態(tài)，如果按鍵是采用釋放后再執(zhí)行功能，則可以在這個(gè)階段進(jìn)行按鍵操作的相關(guān)處理。

二、按鍵實(shí)驗(yàn)例程

下面我們通過(guò)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)例程來(lái)學(xué)習(xí)按鍵掃描編程及按鍵軟件消抖動(dòng)的編程，通過(guò)這些對(duì)比實(shí)驗(yàn)，給大家一個(gè)更加感性的認(rèn)識(shí)。

1、按鍵K1控制LED指示燈實(shí)驗(yàn)：本程序通過(guò)實(shí)驗(yàn)板上的按鍵K1控制P1.0上的LED亮滅。程序功能如下：當(dāng)K1按下開(kāi)關(guān)時(shí)指示燈亮，再次按下時(shí)指示燈滅。

輕觸按鍵K1控制指示燈的實(shí)驗(yàn)例程（沒(méi)有軟件消抖動(dòng)處理） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

ORG 0000H

AJMP START ;跳轉(zhuǎn)到初始化程序

ORG 0033H

START:MOV SP，#60H ;SP初始化

MOV P3，#0FFH ;端口初始化

MAIN： JB P3.2，MAIN ;檢測(cè)按鍵K1有沒(méi)有按下

CPL P1.0 ;執(zhí)行按鍵命令，改變P1.0指示燈狀態(tài)

JNB P3.2，$ ;等待按鍵K1釋放

AJMP MAIN ;返回重新檢測(cè)按鍵

END

由于本實(shí)驗(yàn)程序中沒(méi)有進(jìn)行軟件消抖動(dòng)延時(shí)處理，我們把程序燒寫(xiě)到單片機(jī)上運(yùn)行時(shí)，多次按壓K1控制LED的亮滅，發(fā)控制不太穩(wěn)定，大約按十次，LED發(fā)光二極管的輸出狀態(tài)有2到3次是錯(cuò)誤的。

這就是因?yàn)闆](méi)有軟件去抖動(dòng)的原因，在按鍵的前沿抖動(dòng)或后沿抖動(dòng)期間，抖動(dòng)脈沖均有可能被程序檢測(cè)而錯(cuò)誤執(zhí)行，此時(shí)相當(dāng)于按鍵被按壓和松開(kāi)了N次，LED的輸出狀態(tài)也已經(jīng)改變了N次，故松開(kāi)按鍵后LED的狀態(tài)是一個(gè)隨機(jī)結(jié)果。

2、改進(jìn)的按鍵K1控制LED指示燈實(shí)驗(yàn)：本程序通過(guò)實(shí)驗(yàn)板上的按鍵K1控制P1.0上的LED亮滅。程序功能如下：當(dāng)K1按下開(kāi)關(guān)時(shí)指示燈亮，再次按下時(shí)指示燈滅。

改進(jìn)的輕觸按鍵K1控制指示燈的實(shí)驗(yàn)例程（經(jīng)過(guò)軟件消抖動(dòng)處理） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

ORG 0000H

AJMP START ;跳轉(zhuǎn)到初始化程序

ORG 0033H

START:MOV SP，#60H ;SP初始化

MOV P3，#0FFH ;端口初始化

MAIN： JB P3.2，MAIN ;檢測(cè)按鍵K1有沒(méi)有按下

ACALL YS20ms ;消前沿抖動(dòng)延時(shí)，實(shí)現(xiàn)軟件去抖動(dòng)

JB P3.2，MAIN ;再次檢測(cè)按鍵，如果為高電平，則是抖動(dòng)

CPL P1.0 ;執(zhí)行按鍵命令，改變P1.0指示燈狀態(tài)

JNB P3.2，$ ;等待按鍵K1釋放

AJMP MAIN ;返回重新檢測(cè)按鍵

YS20ms：

MOV R7，#40 ;延時(shí)20ms子程序

YS1： MOV R6，#229

DJNZ R6，$

DJNZ R7，YS1

RET

END

由于本實(shí)驗(yàn)程序中對(duì)按鍵的前沿抖動(dòng)進(jìn)行20ms的軟件消抖動(dòng)延時(shí)處理，我們把程序燒寫(xiě)到單片機(jī)上運(yùn)行，多次按壓K1控制LED的亮滅，發(fā)控制就很穩(wěn)定了，不會(huì)出現(xiàn)控制錯(cuò)誤的現(xiàn)象。

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，可以看出軟件去抖動(dòng)延時(shí)還是很重要的，消抖動(dòng)延時(shí)時(shí)間一般在5～20ms之間，實(shí)際應(yīng)用時(shí)候根據(jù)實(shí)驗(yàn)取得最佳延時(shí)。

本程序沒(méi)有對(duì)按鍵松開(kāi)時(shí)的后沿抖動(dòng)進(jìn)行消抖動(dòng)，如果在要求很?chē)?yán)格的系統(tǒng)中，建議增加后沿消抖動(dòng)延時(shí)處理，這樣可以確保按鈕不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

3、帶按鍵音效的按鍵掃描實(shí)驗(yàn)例程：下面的按鍵掃描實(shí)驗(yàn)例程除了有軟件消抖動(dòng)功能外，還具有按鍵音效，當(dāng)按壓按鍵K1～K4時(shí)候，按鍵號(hào)碼會(huì)顯示在實(shí)驗(yàn)板的數(shù)碼管上，同時(shí)可以聽(tīng)到按鍵音。