四種單片機(jī)按鍵軟硬件設(shè)計(jì)方案介紹

在單片機(jī)系統(tǒng)里，按鍵是常見的輸入設(shè)備。本文將介紹四種按鍵硬件設(shè)計(jì)上的方案和一些軟件設(shè)計(jì)方面的技巧。

一、直接檢測GPIO口單個(gè)按鍵，如圖1所示。

圖1：方案一

二、在按鍵較多的情況下，則使用矩陣鍵盤，如圖2所示。

圖2：方案二

三、將按鍵接到外部中斷引腳上，利用按鍵按下產(chǎn)生的邊沿信號進(jìn)行按鍵檢測，如圖3所示。

圖3：方案三

四、利用單片機(jī)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC - Analog-to-digital converter），設(shè)定按鍵按下前后經(jīng)過ADC接口電壓的不同，根據(jù)電壓的差別來識別按鍵，如圖4所示。

圖4：方案四

以上四種設(shè)計(jì)分別各有優(yōu)點(diǎn)和不足。

第一種設(shè)計(jì)是最簡單、最基礎(chǔ)的做法，對于單片機(jī)初學(xué)者很容易理解和使用，但缺點(diǎn)是需要在主循環(huán)中不斷檢測按鍵是否按下，并且需要做消抖處理。若主循環(huán)中某個(gè)函數(shù)任務(wù)占用時(shí)間較長，則按鍵會有不同程度的“失靈”。

第二種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能夠在GPIO數(shù)量有限的情況下，擴(kuò)展盡可能多的按鍵。但缺點(diǎn)同上，需要不停檢測按鍵是否按下。

第三種設(shè)計(jì)的效率最高，不需要循環(huán)檢測按鍵是否按下，但缺點(diǎn)是需要單片機(jī)有足夠的外部中斷接口供使用。

第四種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是只需要單片機(jī)有一個(gè)ADC接口、一根線，就能對多個(gè)按鍵進(jìn)行識別，缺點(diǎn)是按鍵內(nèi)部一旦接觸不良，則可能導(dǎo)致按鍵串位，并且按鍵產(chǎn)生的抖動(dòng)有可能會造成識別錯(cuò)誤。

在以上常見按鍵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分享一下我學(xué)習(xí)和工作中總結(jié)的按鍵方案。

改進(jìn)一：在原方案一的基礎(chǔ)上，加上與門電路，使得任何一個(gè)按鍵按下都能產(chǎn)生中斷，然后在中斷里面識別是哪個(gè)按鍵被按下。這改動(dòng)令電路不需要循環(huán)掃描，大大提高了效率。方案如圖5所示。只需要在每個(gè)按鍵對應(yīng)地增加一個(gè)二極管，利用二極管的線與特性，就可以實(shí)現(xiàn)按下任何按鍵都能產(chǎn)生中斷信號，同時(shí)按鍵之間互不影響。二極管選用普通整流二極管即可，經(jīng)過測試，可靠可行。

圖5：改進(jìn)一

改進(jìn)二：在原有ADC按鍵的基礎(chǔ)上，也可以增加二極管的方式，實(shí)現(xiàn)按鍵中斷，并在中斷服務(wù)程序里進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，從而識別按鍵。電路如圖6所示。

圖6：改進(jìn)二

改進(jìn)三：按鍵時(shí)難免會作成抖動(dòng)，因此必需按鍵消抖。消抖也可以通過硬件消抖和軟件消抖，這里分享一個(gè)十分簡單且有效的硬件消抖方法：給按鍵并聯(lián)一個(gè)104左右的電容，這樣軟件上基本不用處理即可消除抖動(dòng)。

改進(jìn)四：在按鍵掃描檢測的方案下，如果主循環(huán)中有某個(gè)函數(shù)占用時(shí)間較長，按鍵或會發(fā)生長短不一的“失靈”。對此可以將按鍵掃描放到定時(shí)器中斷里面，這樣就可周期性地檢測按鍵按下的情況，在不受主循環(huán)的影響下解析出按鍵的不同狀態(tài)。（按下、按住、彈起和未按下）

如果都設(shè)置了以上的改進(jìn)，仍要注意以下兩點(diǎn)：

一、定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間不可過長也不可過短。過長容易檢測不到按下，過短會占用大量時(shí)間資源。

二、中斷服務(wù)程序需簡單明了。只做檢測用，通過全局變量傳遞，在主循環(huán)內(nèi)完成按鍵響應(yīng)，盡量不要在中斷服務(wù)函數(shù)內(nèi)占用太多時(shí)間。