單片機(jī)按鍵設(shè)計(jì)的四個(gè)方案詳解

在單片機(jī)系統(tǒng)里，按鍵是常見的輸入設(shè)備，在本文將介紹幾種按鍵硬件、軟件設(shè)計(jì)方面的技巧。一般的在按鍵的設(shè)計(jì)上，一般有四種方案：一是GPIO口直接檢測(cè)單個(gè)按鍵，如圖1.1所示;二是按鍵較多則使用矩陣鍵盤，如圖1.2所示;三是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(hào)進(jìn)行按鍵檢測(cè)，如圖1.3所示;四是利用單片機(jī)的ADC，在不同的按鍵按下后，能夠使得ADC接口上的電壓不同，根據(jù)電壓的不同，則可以識(shí)別按鍵，如圖1.4所示。

圖1.1方案一

圖1.2方案二

圖1.3方案三

圖1.4方案四

在以上四種設(shè)計(jì)上，各有優(yōu)點(diǎn)和不足。

第一種是最簡(jiǎn)單和最基礎(chǔ)的，對(duì)于單片機(jī)初學(xué)者很容易理解和使用，但是缺點(diǎn)是，需要在主循環(huán)中不斷檢測(cè)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(zhǎng)，則按鍵會(huì)有不同程度的“失靈”。

第二種，優(yōu)點(diǎn)是能夠在有限的GPIO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(cè)按鍵是否按下。

第三種方式是效率最高，不需要循環(huán)檢測(cè)按鍵是否按下，但是缺點(diǎn)是，需要單片機(jī)有足夠的外部中斷接口以供使用;第四種的優(yōu)點(diǎn)是，只需要單片機(jī)的一個(gè)ADC接口，一根線，就能對(duì)多個(gè)按鍵進(jìn)行識(shí)別，缺點(diǎn)是按鍵一旦內(nèi)部接觸不良，則可能按鍵串位，且按鍵產(chǎn)生的抖動(dòng)，會(huì)造成一定的識(shí)別錯(cuò)誤。

在以上的三種常見按鍵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在分享我學(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(shí)別是哪個(gè)按鍵被按下。因此不需要循環(huán)掃描，大大提高了效率。方案如圖1.5所示。只需要每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)地增加一個(gè)二極管，利用二極管的線與特性，可以實(shí)現(xiàn)按下任何按鍵，都能產(chǎn)生中斷信號(hào)，但是按鍵之間互不影響。二極管選用普通整流二極管即可，本人親測(cè)可行。

圖1.5 改進(jìn)一

圖1.6 改進(jìn)二

改進(jìn)二：在原有的ADC按鍵的基礎(chǔ)上，也可用增加二極管的方式，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(shí)別按鍵。電路如圖1.6所示。

改進(jìn)三：因?yàn)榘存I不可避免的有抖動(dòng)，因此按鍵消抖可以通過(guò)硬件消痘和軟件消抖。現(xiàn)在分享一個(gè)十分簡(jiǎn)單且有效的硬件消痘方法：給按鍵并聯(lián)一個(gè)104左右的電容。軟件上基本不用處理即可避免抖動(dòng)。

改進(jìn)四：在按鍵掃描檢測(cè)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(zhǎng)，則按鍵會(huì)發(fā)生或長(zhǎng)或短的“失靈”，現(xiàn)分享我的一個(gè)解決方案。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(cè)按鍵按下情況，不受主循環(huán)的影響。并且，能解析出按鍵的不同狀態(tài)，即按下、按住、彈起、為按下這四種狀態(tài)，用以實(shí)現(xiàn)更豐富的功能。

但需注意兩點(diǎn)，一是定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，不可過(guò)長(zhǎng)也不可過(guò)短，過(guò)長(zhǎng)容易檢測(cè)不到按下，過(guò)短會(huì)占用大量時(shí)間資源。二是中斷服務(wù)程序需簡(jiǎn)單明了，只做檢測(cè)用，通過(guò)全局變量傳遞，在主循環(huán)內(nèi)完成按鍵響應(yīng)，中斷服務(wù)函數(shù)內(nèi)盡量不要占用太多時(shí)間。